Донецкий национальный медицинский...

1

Донецкий национальный медицинский университет им. М.Горького

Кафедра химии

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по медицинской химии

для студентов первого курса международного медицинского факультета.

Донецк - 2011

2

Методические указания подготовили: − зав. кафедрой, доцент Рождественский Е.Ю. − доцент Сидун М.С., − ст. преподаватель Павленко В.И., − ассистенты кафедры Игнатьева В.В., Бойцова В.Е., Бусурина З.А., Стрелецкая Л.П., Сидоренко Л.М.

Методические указания утверждены на заседании Ученого Совета

Дон НМУ им. М. Горького 24.06.2011 г., протокол №5. Рецензенты:

1. Д.м.н., зав. каф. патологической физиологии, профессор Ельский В.М. 2. Д.х.н.,зав.каф.фармацевтической и токсикологической химии Матвиенко А.Г.

3

Введение.

Целью развития отечественного образования в настоящее время является его конкурентноспособность по отношению к европейской системе образования. В 1999 года в европейской школе высшего образования был принят Болонский процесс. Основным принципом, которого является создания единого общеобразовательного пространства. Поскольку Украина - участник этого процесса, это влечет за собою изменение образовательных программ в высших учебных заведениях, а так же дает возможность нашим студентам получать высшее образование на уровне европейских стандартов.

Методические указания, которые предлагаются Вашему вниманию, должны помочь в освоении курса медицинской химии и формированию умений, необходимых в учебной и будущей профессиональной деятельности. В связи с этим методические указания имеют определенную структуру. Каждый раздел начинается с обоснования актуальности и значения темы в медицине и биологии. Затем формулируются цели изучения конкретного раздела, отображающие умения, которые необходимо приобрести, и обеспечивают управление внеаудиторной подготовкой к практическим занятиям. Теоретические вопросы к темам помогут овладеть содержанием, без знания которого невозможно выполнения целевых видов деятельности. В списках литературы указаны источники для изучения конкретных тем. Освоению материала оказывают содействие структурно-логические схемы содержания (графы).

Методические указания содержат ситуационные задачи, сформулированные соответственно целям освоения учебного материала. Задания предлагается выполнить самостоятельно. Решения этих заданий способствует проверке степени готовности к занятиям. Краткие методические указания, которые завершают каждую тему, дают возможность определить последовательность, этапы, их продолжительность и обеспечение занятий. Эти методические рекомендации помогут осуществить качественную подготовку студентов соответственно требованиям кафедры.

Изучение разделов предмета и коррекция знаний помогут будущим медикам освоить медицинскую химию как теоретическую базу для изучения таких фундаментальных дисциплин как биохимия, фармацевтическая химия. Мы надеемся, что самостоятельная работа студентов и контроль ее обеспечит приобретения знаний на качественно более высоком уровне, помогут использовать полученные знания при решении конкретных задач, которые будут встречаться в их врачебной практике. Участие в Болонской системе предоставляет возможность достойно проявить себя не только в профессиональной деятельности, но и на рынке труда. В конце хотелось отметить только знания химических, физических биологических законов поможет будущим врачам оценить значение важнейшей проблемы, стоящей сейчас перед человечеством – сохранение здоровья людей.

4

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Отличительная черта современной медицины – активное внедрение

достижений химии в теорию и практику исследований функций живого организма. Еще великий ученый М.В. Ломоносов говорил, что «понимаемые в глубоком смысле химия и медицина неотделимы». Медицинская химия изучает химические основы процессов жизнедеятельности живого организма, которые подчиняются основным химическим закономерностям. Большинство процессов, происходящих в живом организме, объясняется на основании теоретических положений неорганической, физической и коллоидной химии. Например, изменение структуры и функций клеток крови в растворах кровезаменителей объясняется законами осмотического давления. Не менее важную роль играют законы кинетики и катализа, которые дают возможность понимать закономерности протекания ферментативных процессов.

Поэтому особую роль приобретает знание основ медицинской химии, которая служит фундаментом при последующем изучении биоорганической и биологической химии, фармакологии, физиологии, гистологии, санитарии и гигиены, анестезиологии.

Прогресс современной медицины во многом обусловлен достижениями в химии. Положительный эффект врачебной деятельности на 70% определяется наличием лекарственных препаратов, большинство которых синтезировано химиками.

Периодический закон и созданная на его основе периодическая система элементов Д.И. Менделеева являются одним из основных законов естествознания, фундаментом современного учения о строении материи. Химия получила теоретический фундамент и приобрела черты современной науки. Значение этого закона выходит далеко за пределы химии. Так, успехи атомной и ядерной физики атома стали возможны лишь благодаря периодическому закону. С другой стороны, развитие квантовой механики расширили и углубили содержание закона.

В окружающей природе, в живом организме химические элементы образуют большое число неорганических соединений. Их классификация позволяет проследить закономерности изменений свойств соединений, выявить взаимосвязь между ними, произвести обобщение. Это помогает изучению большого объема фактического материала и дает возможность прогнозировать протекание той или иной реакции между веществами.

В периодической системе элементов нашли своё подтверждение все основные законы философии: закон единства и борьбы противоположностей, переход количества в качество, отрицание отрицания.

Знание периодического закона и периодической системы Д.И. Менделеева, а также основных классов неорганических соединений необходимы студентам для дальнейшего изучения ими курсов биохимии, фармакологии и клинических дисциплин.

5

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь трактовать периодическую систему Д.И. Менделеева для

составления электронных и электронно-графических формул элементов и на основании положения элемента в системе характеризовать его свойства и свойства его важнейших соединений, а так же анализировать основные классы неорганических соединений.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ. УМЕТЬ: 1. Интерпретировать понятия период, группа, подгруппа. 2. Интерпретировать сущность порядкового номера элемента,

периодичность изменения свойств элементов, а также понятий: потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, радиус атома и ионов.

3. Интерпретировать изменение металлических и неметаллических, окислительно-восстановительных свойств элементов в группах и периодах.

4. Интерпретировать оксиды, гидроксиды, кислоты и соли. 5. Трактовать зависимость кислотно-основных свойств оксидов и

гидроксидов от положения элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Вступление к практикуму. Роль курса медицинской химии. 2. Развитие периодического закона. Закон Мозли. Современная трактовка

периодического закона. 3. Структура периодической системы и её обоснование с позиций теории

строения атома. 4. Периодичность изменения свойств атомов: атомных и ионных радиусов,

потенциала ионизации, энергии ионизации, энергии сродства к электрону, электроотрицательности.

5. Классы оксидов, гидроксидов, кислот и солей. Их классификация. 6. Изменение окислительно-восстановительных, кислотно-основных

свойств кислородных соединений, устойчивости водородных соединений. 7. Роль периодического системы Д.И. Менделеева в современной химии.

6

2. ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТЕМЫ.

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА.

ЗАКОН МОЗЛИ. СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА

ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Периоды Группы. Подгруппы.

Периодичность изменения свойств элементов в группах и периодах.

Структура

Свойства химических соединений

Атомные и ионные R

Е ионизации и сродства к е, Э.О.

Окислительно-восстановительные свойства

Кислотно-основные свойства

Характеристика свойств элементов и его важнейших соединений.

Медико-биологическое значение Оксиды Гидроксиды Кислоты Соли

Биология Биохимия Гигиена Хирургия

7

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. Основная литература. 1. Медицинская химия: учебник. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И.,

Галинская В.И. и др. – К.: Медицина, 2008. – С. 7-24. 2. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця:

Нова книга, 2006. – С. 20-44. Дополнительная литература. 3. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 41-60, 99-125. 4. Н.И. Михайличенко. Общетеоретические основы химии. – К.: Высшая

школа, 1979. – С. 35-49. 5. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.З. Общая химии. Биофизическая

химия. Химия биогенных элементов. Учебник для ВУЗов. – М.: Высшая школа, 2000. – С. 153-164.

6. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для ВУЗов. – М.: Высшая школа, изд. центр «Академия», 2001. – С. 27-45.

ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Инструкция к пратическому занятию.

РЕШЕНИЕ ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ. Задача 1. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми

номерами 20 и 50 и укажите к каким элементам они относятся. Эталон решения: Элементы с порядковыми номерами 20 и 50 в периодической системе – это

кальций и олово. Порядковый номер элемента показывает заряд ядра и число электронов в атоме. Используя номер периода, в котором находится каждый из элементов, их электронные формулы можно изобразить:

Са KL 3s23p64s2; Кальций – s-элемент; Sn KLM 4s24p65s2; Олово – р-элемент. Задача 2. Напишите электронные формулы атомов хлора и стронция, и их ионов Сl– ,

Sr2+. Эталон решения: Электронные формулы атомов элементов имеют вид: Сl KL 3s23p5; Sr KLM 4s24p65s2. Атом хлора, принимая электрон, превращается в однозарядный ион с

восьмиэлектронной внешней оболочкой, а атом стронция, отдавая 2 электрона превращается в двузарядный катион. Электронные формулы ионов имеют вид:

Сl– KL 3s23p6; Sn2+ KLM 4s24p65s0.

8

Задача 3. Пользуясь правилом Клечковского и положением элементов в

периодической системе, укажите, нейтральным атомам каких элементов, отвечают электронные формулы: KL 3s23p63d14s2 и KLM 4s24p2. Приведите формулы их ионов Е3+ и Е2+.

Эталон решения: Значения главного квантового числа внешнего электронного уровня

указывают на то, что элементы находятся в 4-м периоде, причем один из них d-элемент, а другой – р-элемент, на это указывают незаполненные d-орбитали и соответственно р-орбитали. Число валентных электронов 3d14s2 и 4s24p2 подтверждают, что эти элементы соответственно 3-ей и 4-ой групп периодической системы. Значит это элементы – скандий и германий. Для получения катиона Sc3+ из атома нужно удалить два s- и один d-электрон, для получения катиона германия необходимо удалить из нейтрального атома два р-электрона. Тогда электронные формулы ионов имеют вид:

Sc3+ KL 3s23p63d104s0; Ge2+ KLM 4s24p0. Задача 4. Дайте сравнительную характеристику элементов хлора и марганца. Эталон решения: Хлор и марганец – элементы седьмой группы, атомы которых имеют

одинаковые число валентных электронов, равное номеру группы. Высшая степень окисления элементов +7, поэтому формулы высших оксидов – Cl2O7 и Mn2O7. Они характеризуются кислотными свойствами, в качестве гидроксидов им соответствуют сильные кислоты HClO4 и HMnO4. Валентные электроны этих элементов находятся на разных энергетических уровнях: у атома хлора это s- и р-электроны внешнего уровня, для завершения которого не хватает одного электрона. Поэтому хлор – типичный неметалл, сильный окислитель.

У атома марганца валентные 2 s-электрона внешнего 5 d-электронов предпоследнего энергетических уровней, поэтому марганец – типичный металл, сильный восстановитель.

Соединения этих элементов в низших степенях окисления отличаются по свойствам. Низший оксид марганца MnO – основной оксид, которому соответствует слабое основание Mn(OH)2, а низший оксид хлора Cl2O – кислотный оксид, ангидрид слабой хлорноватистой кислоты HClO.

Задача 5. Назовите валентные электроны атомов s-, p-, d-, f-элементов. Подчеркните

их в электронных формулах атомов элементов с порядковыми номерами 5,15,17,24,25,35 и укажите, к каким электронным семействам они принадлежат.

Задача 6. Напишите электронные формулы ионов элементов 4-ого периода аналогов

аргона.

9

Задача 7. Объясните причину «проскока» внешнего s-электрона в атомах хрома и

меди. Задача 8. Напишите формулы высших оксидов и гидроксидов элементов третьего

периода и охарактеризуйте порядок изменения кислотно-основных свойств этих веществ с увеличением заряда ядра атома.

Задача 9. Разместите гидроксиды в порядке возрастания основных свойств: NaOH,

CsOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Zn(OH)2, Cd (OH)2. Задача 10. Пользуясь положением элементов в периодической системе, определите

какой из гидроксидов более сильное основание Sn(OH)2 или Pb(OH)2. Задача 11. Укажите символы химических элементов, ионам которых отвечают

электронные формулы: E–2 [He] 2s22p6 E– [Ne] 3s23p6 E+2 [Ne] [Ar]3d5; [Ar] 3d2; [Ar] 3d3 Задача 12. На основании электронного строения атомов дайте сравнительную

характеристику элементов хрому и сере.

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ.

Задание 1. Элементы характеризуются определенной периодичностью в изменении их

свойств в периодической системе. Укажите фактор, определяющий эти изменения.

A. Заряд атома B. Степень окисления C. Валентность D. Атомный радиус E. Электроотрицательность

Задание 2. Одна из классификаций химических элементов основана на строении их

электронных оболочек. Согласно неё все элементы можно разделить на s-, p-, d- и f-элементы. Укажите р-элементы.

A. S, P, Cl

10

B. K, Ca, Se C. Ba, Mg, Al D. Mn, Br, Mo E. P, S, Cr Задание 3. Все водородные соединения элементов V-A группы обладают

токсичностью. Укажите наиболее стойкие летучие водородные соединения. A. NH3 B. PH3 C. AsH3 D. SbH3 E. BiH3 Задание 4. Свойства ионов зависят от их положения в периодической системе.

Укажите, как изменяются восстановительные свойства в ряду: Сl– – Br– – I– A. Уменьшаются B. Увеличиваются C. Не изменяются D. Бром сильный восстановитель, чем хлор E. Не проявляют восстановительных свойств Задание 5. Основные свойства гидроксидов определяются положением элемента в

периодической системе. Укажите, какой из перечисленных гидроксидов имеет наиболее выраженные основные свойства.

A. CsOH B. LiOH C. KOH D. Ca(OH)2 E. Mg(OH)2 Задание 6. Степень окисления элемента определяется его электронной структурой,

которая зависит от положения элемента в периодической системе. Укажите элемент, который имеет только положительную степень окисления.

A. Магний B. Сера C. Хлор D. Кислород E. Фтор

11

Задание 7. Сила галогеноводородных кислот зависит от положения

кислотообразующего элемента в периодической системе. Укажите, какая из ниже приведенных кислот является наиболее сильной.

A. HF B. HBr C. HI D. HCl E. HBi Задание 8. Все элементы в периодической системе располагаются в больших и малых

периодах. Укажите наличие какого фактора отличает их друг от друга. A. d- и f-элементы B. металлы C. инертные газы D. s-элементы E. неметаллы Задание 9. К р-элементам IV группы периодической системы относятся углерод,

кремний, германий, олово и свинец. Укажите, как изменяются кислотные свойства элементов в этом ряду.

A. Увеличиваются B. Уменьшаются C. Не изменяются D. Сначала увеличиваются, потом уменьшаются E. Сначала уменьшаются, потом увеличиваются Задание 10. Соединение меди CuSO4∙5H2O используется в фармации в качестве

бактерицидного препарата. Какая формула отвечает электронной конфигурации элемента 29Cu?

A. 3d104s1 B. 3d94s2 C. 3d64s2 D. 3d84s2 E. 3d74s2 Задание 11. Для количественного определения многих лекарственных средств

используют неводные растворы хлорной кислоты. Какой из приведенных оксидов соответствует этой кислоте?

A. Cl2O7 B. ClO

12

C. ClO2 D. Cl2O3 E. CI2O6 Задание 12. Малотоксичный оксид азота под названием «веселящий газ» применяется в

медицине для наркоза при хирургических операциях. Выберите это соединение. A. NO B. NO2 C. N2O D. N2O3 E. N2O5 Эталоны ответов. 1 – А; 5 – B; 9 – B; 2 – A; 6 – A; 10 – A; 3 – A; 7 – C; 11 – A; 4 – B; 8 – A; 12 – C.

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ НА ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ.

Занятие начинается с вступительной части, которую проводит преподаватель. На занятии студенты решают обучающие задачи, в процессе этого разбирается и закрепляется теоретический материал. В ходе занятия студенты учатся, как на основании электронной формулы определить местоположение элемента в периодической системе, его основные свойства и свойства важнейших кислородных и водородных соединений, учатся составлять сравнительную характеристику свойств элементов и их соединений. Далее разбираются основные классы неорганических соединений, их сравнительные характеристики согласно их расположению в периодической системе.

Следующим этапом является проведение тестового контроля знаний студентов по теме «Периодический закон Д.И. Менделеева и основные классы неорганических соединений» с использованием тестов формата А.

Занятие заканчивается подведением итогов работы и оценкой знаний студентов: озвучиваются результаты тестового контроля.

13

БИОГЕННЫЕ S- И P- ЭЛЕМЕНТЫ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Биогенные элементы – химические элементы, необходимые для построения

и жизнедеятельности клеток и тканей организмов. Основу всех живых систем составляют шесть элементов-органогенов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Их содержание в организме достигает 97%. Физиологическая роль биогенных элементов определяется их физико-химическими свойствами, которые обусловлены положением элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. s- и p-элементы – это элементы главных подгрупп І –VII групп периодической системы. Каждый период системы начинается двумя s-элементами, а шесть его последних элементов (кроме первого периода) – это p-элементы.

В организме человека в значительном количестве содержатся лёгкие s- и р-элементы. Так, к незаменимым макроэлементам принадлежат s-элементы первого (Н) периода, а также s-элементы третьего (Na, Mg) и четвёртого (K, Ca) периодов, которые являются биометаллами. Их ионы входят в состав буферных систем организма, обеспечивают необходимое осмотическое давление, участвуют в образовании мембранных потенциалов, в передаче нервных импульсов (Na+, K+), структурообразовании (Mg2+, Ca2+). Такие s-элементы, как бериллий, барий обладают особо токсическими свойствами.

Среди p-элементов пять элементов второго (C, N, O) и третьего (P, S) периодов являются органогенами («элементами жизни»), составляющими основу биологически важных молекул. К биогенным элементам относятся также хлор и йод, а бор, фтор, бром находятся в живых организмах в микроколичествах и являются примесными элементами. Соединения свинца и мышьяка обладают особо токсическими свойствами. Как правило, в живом организме р-элементы входят в состав сложных органических макромолекул или ионов: OH-, Cl-, SO4

2-, HCO3-, H2PO4

-, HPO42-, F-. Они составляют основу

буферной системы крови, обеспечивают необходимое осмотическое давление, содержатся в желудочном соке и других биологических средах. Многие соединения s- и p-элементов представляют собой основу для синтеза фармацевтических препаратов. Поэтому знание физико-химических свойств биогенных s- и р-элементов и их соединений необходимо для диагностики, профилактики и лечения болезней, вызванных избытком или недостатком этих элементов в организме.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь интерпретировать физико-химические свойства, биохимическую

роль и медико-биологическое значение биогенных элементов IA – VIIA групп (s- и р-элементов) на основе электронного строения их атомов.

14

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ. УМЕТЬ: 1. Интерпретировать общую характеристику и медико-биологическое

значение биогенных элементов, исходя из электронного строения их атомов. 2. Интерпретировать физико-химические свойства биогенных s- и р-

элементов ІА - VIIA групп на основе электронного строения их атомов и положения в периодической системе Д. И. Менделеева.

3. Интерпретировать биохимическую роль и медико-биологическое значение биогенных s-элементов, исходя из их свойств и содержания в организме.

4. Интерпретировать биохимическую роль и медико-биологическое значение биогенных р-элементов, исходя из их свойств и содержания в организме.

5. Трактовать аналитические реакции биогенных s- и р-элементов IA – VIIA групп.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Определение и классификация биогенных элементов. Общая

характеристика биогенных элементов, исходя из электронного строения их атомов, содержание в организме и биохимическая роль.

2. Общая характеристика биогенных s- и р-элементов IA – VIIA групп: − положение в периодической системе элементов Д. И. Менделеева; − электронная конфигурация атомов элементов; − характерные степени окисления; − изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных

свойств в группах и периодах. 3. Биохимическая роль и медико-биологическое значение биогенных s-

элементов (водород, литий, натрий, калий, магний, кальций). 4. Биохимическая роль и медико-биологическое значение биогенных р-

элементов (углерод, азот, фосфор, кислород, сера, фтор, хлор, бром, йод, алюминий, мышьяк, бор).

5. Аналитические реакции открытия биологически активных ионов s- и р-элементов.

15


Электронное строение

Характеристики элементов

Физико-химические свойства

Классификация

Медико-биологическое значение

Биогенные элементы IA – VIIA групп

s-элементы р-элементы

Атомный радиус

Степени окисления

Энергия ионизации

Энергия сродства к электрону

Электроотри-цательность

Растворимость в воде

Кислотно-основные свойства

Окислительно-восстановительные

свойства

Содержание в организме

Макроэлементы Микроэлементы Ультрамикроэлементы

Элементы-органогены

Биохим

ия

Физиология

фарм

акология

Терапия

Стоматология

Гигиена

16

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. Основная литература. 1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця:

Нова книга, 2006. – С. 210-225, 257-282, 288-292. 2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская

химия: учебник. – К.: Медицина, 2008. – С. 342-379. Дополнительная литература. 3. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 272-278, 291-293, 298-299, 309, 310-311, 321-322, 340-341, 355, 363, 369, 376-377, 390-391, 408-409.


5. Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я., Павленко Н.В. Химия биогенных элементов. Киев: Вища школа, 1984. – С.12-49; 107-150.

6. Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я. Цыганенко. Биофизическая химия. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – С. 130-135.

7. К.А. Селезнёв. Аналитическая химия. М.: «Высшая школа», 1973. – С.72-73, 78-79, 85, 90-91, 108, 142-143, 153.

ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1.

Открытие иона К+ действием реактива натрия гексанитрокобальтата (III) Na3[Co(NO2)6].

Принцип метода: метод основан на реакции взаимодействия гексанитрокобальтата (III) натрия с ионами калия в нейтральной среде с образованием желтого кристаллического осадка гексанитрокобальтата (III) калия и натрия.

Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, раствор хлорида калия, раствор гексанитрокобальтата (III) натрия.

Ход работы: 1. Поместить в пробирку 4 капли соли хлорида калия. 2. Добавить 3 капли раствора натрия гексанитрокобальтата (III). 3. Дать смеси постоять 2-3 минуты. 4. Отметить цвет образовавшегося осадка. 5. Составить уравнение соответствующей реакции в молекулярном и

ионном виде. 6. Сделать вывод относительно использования данной реакции для

осаждения ионов К+ в сыворотке крови при перманганатометрическом определении ионов К+ в крови.

Опыт №2. Открытие иона Са2+ действием реактива оксалата аммония (NH4)2C2O4. Принцип метода: метод основан на реакции взаимодействия солей кальция с

оксалатом аммония, в результате которой образуется белый

17

мелкокристаллический осадок оксалата кальция СаС2О4, не растворимый в уксусной кислоте, но растворимый в азотной и соляной кислотах.

Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, раствор хлорида кальция, раствор оксалата аммония (NH4)2C2O4, раствор уксусной кислоты, раствор азотной кислоты, раствор соляной кислоты.

Ход работы: 1. Поместить в пробирку 6 капель раствора хлорида кальция. 2. Добавить 6 капель реактива оксалата аммония (NH4)C2O4. 3. Отметить характер и цвет образовавшегося осадка оксалата кальция. 4. Разделить образовавшийся осадок на 3 пробирки поровну. 5. Добавить в первую пробирку избыток раствора уксусной кислоты. 6. Внести во вторую пробирку избыток раствора азотной кислоты. 7. Добавить в третью пробирку избыток раствора соляной кислоты. 8. Сделать вывод относительно растворимости осадка оксалата кальция в

кислотах. 9. Составить уравнения соответствующих реакций в молекулярном и

ионном виде. 10. Отметить в лабораторном журнале вывод о возможности применения

данной аналитической реакции для осаждения ионов кальция при определении содержания Са2+в моче и крови перманганатометрическим методом.

Опыт №3. Открытие иона Mg2+действием реактива натрия гидрофосфата

Na2HPO4. Принцип метода: метод основан на реакции взаимодействия между

гидрофосфатом натрия Na2HPO4 и ионами магния в присутствии гидроксида аммония и хлорида аммония, в результате которой образуется белый кристаллический осадок фосфата аммония-магния.

Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, раствор гидрофосфата натрия Na2HPO4, раствор хлорида аммония, 2М раствор гидроксида аммония, раствор хлорида магния.

Ход работы: 1. Поместить в пробирку 3 капли раствора хлорида магния. 2. Добавить по 2 капли растворов хлорида аммония и 2М раствора

гидроксида аммония. 3. Внести в пробирку 2 капли раствора гидрофосфата натрия. 4. Отметить цвет образовавшегося осадка. 5. Составить уравнение соответствующей реакции в молекулярном и

ионном виде. 6. Сделать вывод о возможности применения данной реакции для

определения ионов магния в крови.

18

Опыт №4. Действие сильных щелочей на соли алюминия и реакция открытия

иона Al3+. Принцип метода: метод основан на реакции осаждения едкими щелочами

NaOH и КОН из раствора солей алюминия белого студенистого осадка гидроксида алюминия, растворимого как в кислотах, так и в щелочах.

Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, раствор хлорида алюминия, раствор гидроксида натрия NaOH, раствор соляной кислоты HCl, хлорид аммония кристаллический, газовая горелка.

Ход работы: 1. Внести в пробирку 7 капель раствора хлорида алюминия. 2. Добавить по каплям раствор гидроксида натрия до образования осадка. 3. Разделить образовавшийся осадок на 2 пробирки. 4. Внести в первую пробирку несколько капель раствора соляной кислоты

HCl. 5. Внести во вторую пробирку несколько капель раствора гидроксида

натрия NaOH. 6. Наблюдать растворение осадка в обеих пробирках. 7. Добавить во вторую пробирку, содержащую алюминат, несколько

кристаллов хлорида аммония. 8. Прокипятить смесь до исчезновения запаха аммиака. 9. Отметить образование осадка гидроксида алюминия. 10. Составить уравнения соответствующих реакций в молекулярном и

ионном виде. 11. Сделать вывод относительно применения данной аналитической

реакции для открытия катионов алюминия. Опыт №5. Действие раствора иодида калия на соли свинца. Принцип метода: метод основан на реакции взаимодействия раствора

иодида калия с ионами свинца Pb2+, в результате которой образуется желтый осадок иодида свинца.

Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, раствор ацетата свинца, раствор иодида калия.

Ход работы: 1. Внести в пробирку 5 капель раствора ацетата свинца Pb(CH3COO)2. 2. Добавить по каплям раствор иодида калия до выпадения осадка. 3. Составить уравнение соответствующей реакции в молекулярном и

ионном виде. 4. Сделать вывод относительно применения данной реакции для

обнаружения ионов свинца Pb2+.

19

Опыт №6. Действие дифениламина на нитрат-ион NO3

–. Принцип метода: метод основан на окислении дифениламина (C6H5)2NH

ионами NO3- до продукта, имеющего темно-синюю окраску.

Материальное обеспечение: часовое стекло, раствор дифениламина, раствор концентрированной серной кислоты, раствор нитрата натрия.

Ход работы: 1. Поместить на часовое стекло 4 капли раствора дифениламина. 2. Добавит 6 капель концентрированной серной кислоты H2SO4. 3. Внести в раствор 2 капли раствора нитрата натрия. 4. Наблюдать появление интенсивного синего окрашивания. 5. Сделать вывод о возможности использования данной реакции с целью

идентификации нитрат-ионов в растворе. Опыт №7. Действие хлорида бария на тетраборат-анион В2О7

2-. Принцип метода: метод основан на реакции осаждения хлоридом бария

BaCl2 в концентрированных растворах буры белого осадка метабората бария Ba(BO2)2, растворимого в разбавленных соляной и азотной кислотах.

Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, раствор хлорида бария, раствор тетрабората натрия Na2B4O7, раствор разбавленной соляной кислоты, раствор разбавленной азотной кислоты.

Ход работы: 1. Внести в пробирку 5 капель раствора буры Na2B4O7. 2. Добавить 6 капель раствора хлорида бария. 3. Отметить образование белого осадка метабората бария Ba(BO2)2. 4. Разделить образовавшийся осадок на 2 пробирки. 5. Добавить в первую пробирку избыток разбавленной соляной кислоты

HCl. 6. Внести во вторую пробирку избыток разбавленной азотной кислоты

HNO3. 7. Наблюдать растворение осадка метабората бария в разбавленных

соляной и азотной кислотах. 8. Составить уравнения соответствующих реакций в молекулярном и

ионном виде. 9. Сделать вывод относительно возможности применения данной реакции

для идентификации тетраборат-аниона. Опыт №8. Действие перманганата калия на оксалат-ион С2О4

2-. Принцип метода: метод основан на реакции окисления перманганатом

калия KMnO4 оксалат-ионов С2О42- в присутствии серной кислоты при слабом

нагревании в угольный ангидрид СО2, восстанавливаясь при этом до бесцветного иона Mn2+.

20

Материальное обеспечение: пробирки, пипетки, раствор оксалата аммония (NH4)2C2O4, раствор серной кислоты, раствор перманганата калия KMnO4, газовая горелка.

Ход работы: 1. Внести в пробирку 5 капель раствора оксалата аммония. 2. Добавить 6 капель раствора серной кислоты. 3. Смесь слегка нагреть. 4. Добавить к полученному раствору по каплям раствор перманганата

калия. 5. Наблюдать обесцвечивание раствора. 6. Составить уравнение окислительно-восстановительной реакции. 7. Расставить коэффициенты в данной ОВР методом полуреакций. 8. Сделать вывод относительно применения данной реакции для

доказательства присутствия оксалатов в анализируемом растворе. НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Основу всех живых систем составляют шесть элементов-органогенов.

Определите эти элементы. A. C, N, As, B, Al, Cl; B. H, P, S, C, O, N; C. O, Cl, Na, K, Ca, Mg; D. H, F, Br, Bi, As, I; E. O, K, Li, B, F, Se. Задание 2. Один из s-элементов расположен в периодической системе Д.И. Менделеева

под порядковым номером 12. Укажите электронную конфигурацию, которая отвечает этому элементу.

A. 1s22s22p63s23p1; B. 1s22s22p63s2; C. 1s22s22p63s1; D. 1s22s22p1; E. 1s22s22p3. Задание 3. Фосфор – незаменимый элемент, входящий в состав гидрофосфат- и

дигидрофосфат-ионов фосфатной буферной системы организма. Укажите электронную конфигурацию, которая отвечает атому фосфора в составе этих ионов.

A. 1s22s22p63s23p64s1; B. 1s22s22p63s23p4; C. 1s22s22p6;

21

D. 1s22s22p63s23p2; E. 1s22s22p63s23p3. Задание 4. Хлор – биогенный р-элемент, способный образовывать анионы различной

степени устойчивости. Укажите анион, который обладает наименьшей окислительной активностью.

A. Cl-; B. ClO-; C. ClO2

-; D. ClO3

-; E. ClO4

-. Задание 5. В поддержании постоянного осмотического давления биожидкостей

(осмотического гомеостаза) принимают участие различные биогенные элементы. Укажите ион s-элемента, который играет в этом процессе ведущую роль.

A. Li+; B. Na+; C. Mg2+; D. Ca2+; E. Ba2+. Задание 6. С целью сокращения времени срастания костей при переломе врач назначил

препарат, в состав которого входит биогенный s-элемент. Определите этот элемент.

A. Li; B. Na; C. K; D. Ca; E. Mg. Задание 7. Процесс дыхания сопровождается превращением гемоглобина в

оксигемоглобин. Определите биогенный p-элемент, который осуществляет это превращение.

A. N; B. S; C. O; D. Cl; E. P.

22

Задание 8. Макроэргические соединения являются основными источниками энергии в

организме. Определите р-элемент, который является обязательным структурным компонентом этих соединений.

A. P; B. S; C. Cl; D. N; E. F. Задание 9. При проведении качественной реакции на содержание ионов Са2+ в моче

выпал белый мелкокристаллический осадок, не растворимый в уксусной кислоте, но растворимый в азотной кислоте. Определите химический состав образовавшегося осадка.

A. CaCO3; B. CaC2O4; C. CaSiO3; D. Ca3(PO4)2; E. CaSO3. Задание 10. При добавлении раствора дифениламина к морковному соку образовался

продукт интенсивно синего цвета. Укажите присутствие каких ионов в соке дает данный аналитический эффект.

A. Cl-;

B. PO43-;

C. C2O42-;

D. NO3-;

E. I-. Эталоны ответов. 1 – B, 5 – B, 9 – B, 2 – C, 6 – D, 10 – D. 3 – C, 7 – C, 4 – E, 8 – A,


В начале занятия осуществляется проверка уровня подготовки студентов к занятию путем фронтальной беседы.

После проверки уровня подготовки к занятию студенты решают обучающие задачи по теме «Биогенные s- и р-элементы, биологическая роль, применение в медицине».

23

Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части студенты оформляют протокол лабораторной работы, в который вносят уравнения проведенных реакций и аналитические сигналы, наблюдаемые при проведении опытов.

Далее осуществляется анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения особенностей электронного строения биогенных s- и р- элементов, кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств, исходя из их положения в периодической системе Д.И. Менделеева, а также биохимической роли и медико-биологического значения этих элементов.

Следующим этапом занятия является проведение тестового контроля знаний студентов по теме «Биогенные s- и р- элементы; биологическая роль, применение в медицине» с использованием тестов формата А.

Занятие заканчивается подведением итогов работы и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля и осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.

БИОГЕННЫЕ d-ЭЛЕМЕНТЫ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. К d-блоку относятся 32 элемента периодической системы, расположенные в

четвертом ─ седьмом больших периодах. Они называются переходными элементами, так как занимают переходное положение между s-элементами, начинающими каждый период, и р-элементами, его завершающими.

Присутствующие в организме человека биогенные d-элементы являются металлами - микроэлементами, т.е. их содержание в тканях составляет менее 10-2 %. Жизненно необходимые биогенные d-элементы Zn, Cu, Fe, Mn, Co, Mo называются металлами жизни. Общими свойствами металлов – микроэлементов являются:

1) широкая распространённость в природе, доступность и легкая усвояемость организмом;

2) высокая комплексообразующая способность относительно различных донорных атомов, обладание различными устойчивыми степенями окисления и возможность легкого перехода из одной степени окисления в другую.

Эти свойства биогенных d-элементов обеспечивают их активное участие в важнейших биохимических процессах в клетке:

1) ферментативный катализ реакций синтеза и реакций клеточной энергетики;

2) перенос электронов, ионов, молекул и молекулярных ферментов; 3) регулирование активности механизмов и систем клетки. В биохимических реакциях организма d-элементы принимают участие в

виде бионеорганических комплексов металлов, таких как гемоглобин,

24

цитохромы, ферритин, цианкобаламин (витамин В12), церулоплазмин, супероксиддисмутаза (СОД), цитохромоксидаза, карбоангидраза и др.

Соединения, содержащие в своем составе d-элементы, широко используются в медицинской практике. Например, комплексоны, в состав которых могут входить Fe, Ca, Cu, Cd, Hg, Pb, Be и др. применяются в терапии для поддержания металло-лигандного гомеостаза и выведения из организма ионов токсических металлов; в санитарно-гигиенических исследованиях - при анализе качества воды. Коллоидные препараты серебра (протаргол, колларгол) применяются в офтальмологии для лечения конъюнктивитов, для лечения инфекционных, кожных и венерических заболеваний. Сплавы, содержащие медь, серебро, олово применяются в стоматологии, хирургии и других областях медицины.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь трактовать общую характеристику d-элементов, их свойства и

биологическую роль исходя из электронного строения атомов d-элементов. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Интерпретировать общую характеристику d-элементов, исходя из

электронного строения атомов d-элементов. 2. Интерпретировать изменение степеней окисления, окислительно-

восстановительных и кислотно-основных свойств d-элементов. 3. Интерпретировать роль d-элементов в реакциях комплексообразования. 4. Интерпретировать аналитические реакции биогенных d-элементов. 5. Трактовать химические основы применения переходных элементов и их

соединений в биологии, медицине и фармации. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Положение d-элементов в периодической системе Д.И.Менделеева.

Особенности электронного строения d-элементов и их связь с положением в периодической системе.

2. Особенности изменения степеней окисления, окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств d-элементов.

3. Роль d-элементов в реакциях комплексообразования. 4. Аналитическая реакция на ионы биогенных d-элементов. 5. Биологическая роль d-элементов. Применение переходных элементов и

их соединений в медицине и фармации.

25


Многообразие сложных соединений

Многообразие ОВР Многообразие комплексныхсоединений

Свойства простых веществ


Характеристика элементов

Характеристика сложных соединений

Темп

ература

Темп

ература кипения

Кислотно-основные

свойства

Окислительно-

в осстановительны

е

Теплота образования

однотипных соединений

Цвет

Твердость

Способность

к

комп

лексообразованию

Физические свойства Химические свойства

d-элементы

Положение в периодической системе

Электронное строение

Энергия ионизации

Энергия сродства к электрону

Атомный радиус

Возможные степени окисления

Энергия химической связи

Гигиена

Аналитическая

хими

я

Фармацевтич

. хими

я Биология

Биохим

ия


Терапия

Фармакология

Хирургия

26


Нова книга, 2006. – С.225-254; 292-313. 2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская

химия: учебник – К.: Медицина, 2008. – С. 379- 392. Дополнительная литература. 3. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 414; 423-425; 432; 433; 442; 444; 451; 453; 459.


5. Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я., Павленко Н.В. Химия биогенных элементов. Киев: Вища школа, 1984. – С. 60-100.

6. К.А. Селезнёв. Аналитическая химия. М.: «Высшая школа», 1973. – С. 41-60, 92-100, 114-116.


Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Образование нерастворимых в воде гидроксидов d-элементов. Принцип метода: Метод основан на образовании нерастворимых в воде

осадков гидроксидов железа (III), хрома (III), меди (II) и цинка (II), имеющих разную окраску и свойства.

Материальное обеспечение: пробирки, растворы солей хлорида железа (III),сульфата хрома (ІІІ), сульфата меди (II), хлорида цинка (ІІ), раствор гидроксида калия (2М), раствор соляной кислоты (2М).

Ход работы: 1. В отдельные пробирки поместить по 2-3 капли растворов хлорида

железа (ІІІ), сульфата хрома (ІІІ), сульфата меди (ІІ), хлорида цинка (ІІ). 2. В каждую пробирку внести 1 каплю 2 М раствора гидроксида калия. 3. Отметить цвет образовавшихся осадков. 4. Содержимое каждой из пробирок разделить поровну на 2 пробирки. 5. Внести в первую пробирку 1-2 капли 2 М раствора гидроксида калия. 6. Внести во вторую пробирку 1-2 капли 2 Н раствора соляной кислоты. 7. Отметить те пробирки, в которых осадок растворился и те, в которых

осадок не растворился. 8. Составить уравнения соответствующих реакций в молекулярном и

ионном виде. 9. Сделать вывод о свойствах образовавшихся гидроксидов d-элементов.

27

Опыт №2. Действие раствора аммиака на растворы солей d-элементов. Принцип метода: метод основан на образовании гидроксидов меди (ІІ) ,

цинка (ІІ), кобальта (ІІ), которые, растворяясь в избытке реактива, образуют комплексные соединения.

Материальное обеспечение: пробирки, растворы сульфата меди (ІІ), хлорида цинка (ІІ), сульфата кобальта (ІІ), раствор аммиака (2М).

Ход работы: 1. В отдельные пробирки поместить по 3 капли растворов сульфата

меди (ІІ), хлорида цинка (ІІ) и сульфата кобальта (ІІ). 2. Внести в каждую пробирку по 1 капле 2М раствора аммиака. 3. Отметить цвет образовавшихся солей. 4. Внести в каждую пробирку по 6 капель концентрированного раствора

аммиака. 5. Отметить изменения, происходящие в каждой из пробирок. 6. Составить уравнения соответствующих реакций в молекулярном и

ионном виде. 7. Определить тип образовавшихся комплексных соединений и назвать эти

соединения. Опыт №3. Образование нерастворимых гексацианоферратов Fe2+, Fe3+, Zn2+. Принцип метода: метод основан на взаимодействии солей Fe2+, Fe3+ и Zn2+ с

соответствующими аналитическими реагентами с образованием в кислой среде осадков комплексных соединений различной окраски.

Материальное обеспечение: пробирки, растворы сульфата железа (ІІ), хлорида железа (ІІІ), хлорида цинка (ІІ), раствор гексацианоферрата (II) калия (желтой кровяной соли) К4 [Fe(CN)6], раствор гексацианоферрата (III) калия (красной кровяной соли) К3[Fe(CN)6].

Ход работы: 1. Поместить в отдельные пробирки по 3 капли растворов солей сульфата

железа (II), хлорида железа (III) и хлорида цинка (II). 2. Внести в пробирку с раствором сульфата железа (II) 1 каплю раствора

К3[Fe(CN)6] (красной кровяной соли). 3. Внести в пробирку с раствором хлорида железа (III) 1 каплю раствора

К4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли). 4. Внести в пробирку с раствором хлорида цинка (II) 1 каплю раствора

К4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли). 5. Отметить цвет осадка, образовавшегося в каждой из пробирок. 6. Составить уравнения соответствующих реакций в молекулярном и

ионном виде.

28

Опыт №4. Образование тиоцианатного комплекса Fe3+. Принцип метода: метод основан на взаимодействии кислых растворов

солей железа (ІІІ) с раствором роданида калия, которое сопровождается образованием растворимого в воде роданида железа кроваво-красного цвета.

Материальное обеспечение: пробирки, раствор хлорида железа (ІІІ), раствор роданида калия KSCN.

Ход работы: 1. В пробирку внести 3 капли раствора хлорида железа (ІІІ). 2. Добавить 1 каплю раствора роданида калия. 3. Наблюдать образование раствора роданида железа кроваво-красного

цвета. 4. Составить уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. Опыт №5. Образование комплексного Мn (II) оксалата. Принцип метода: метод основан на реакции осаждения гидроксидом калия

из растворов солей Мn2+ растворимого в кислотах белого осадка гидроксида марганца (ІІ).

Материальное обеспечение: пробирки, раствор хлорида марганца (ІІ), раствор гидроксида калия (2М), раствор щавелевой кислоты (2М).

Ход работы: 1. В пробирку внести 4 капли раствора хлорида марганца (ІІ). 2. Добавить 2 капли 2М раствора КОН, перемешать. 3. Отметить образование белого осадка гидроксида марганца (ІІ). 4. Внести в пробирку 4 капли 2 Н раствора щавелевой кислоты. 5. Наблюдать процесс растворения осадка. 6. Составить уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. Опыт №6. Кислотно-основное равновесие хромат – дихромат. Принцип метода: метод основан на смещении ионного равновесия в

системе: хромат ↔ дихромат в зависимости от кислотности среды. Материальное обеспечение: пробирки, раствор хромата калия (0,5 Н),

раствор дихромата калия (0,5М), раствор гидроксида калия (2М), раствор серной кислоты (2М).

Ход работы: 1. В отдельные пробирки поместить 0,5 мл 0,5М раствора хромата калия и

0,5 мл 0,5М раствора дихромата калия. 2. Отметить окраску каждого раствора. 3. Добавить в пробирку с раствором дихромата калия 1 каплю раствора

щелочи. 4. Отметить изменение окраски раствора. 5. Добавить в эту же пробирку по каплям 2М раствор серной кислоты до

изменения окраски раствора.

29

6. Составить уравнение ионного равновесия между хромат- и дихромат- ионами в молекулярном и ионном виде.

Опыт №7. Образование комплексных соединений d-элементов с глицином. Принцип метода: метод основан на образовании комплексного соединения

глицината меди (II) в реакции взаимодействия солей меди (ІІ) и глицина по донорно - акцепторному механизму.

Материальное обеспечение: пробирки, раствор сульфата меди (ІІ), раствор глицина (1М), раствор гидроксида калия (2М).

Ход работы: 1. В пробирку внести 3 капли раствора сульфата меди (ІІ). 2. Добавить 9 капель 1М раствора глицина. 3. Отметить окраску раствора. 4. Добавить к смеси 6 капель 2М раствора гидроксида калия. 5. Отметить изменение окраски раствора. 6. Составить уравнения соответствующих реакций. НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Ион Сu2+ входит в состав медьсодержащего фермента супероксиддисмутазы

(СОД). Укажите, какая электронная конфигурация соответствует данному иону. A. [Ar] 3d8 4s1; B. [Ar] 3d8 4s2; C. [Ar] 3d9 4s2; D. [Ar] 3d9; E. [Ar] 3d104s1. Задание 2. Электронная конфигурация иона имеет следующий вид: [Ar] 3d5. Укажите,

иону какого переходного элемента соответствует данная электронная формула. A. Cr3+; B. Fe2+; C. Mn2+; D. Co2+; E. Cu2+. Задание 3. В системе осуществляется превращение KMnO4 → MnSO4. Определите

процесс, характеризующий данное преобразование: A. Восстановление; B. Окисление; C. Разложение; D. Обменное взаимодействие; E. Диспропорционирование.

30

Задание 4. Хром – элемент с переменной валентностью. Определите степень окисления

этого элемента в соединении К2Cr2O7. A. -1; B. 0; C. +3; D. +5; E. +6. Задание 5. В комплексном соединении К3[Co(CN)6] комплексообразователем является

d-элемент. Определите заряд комплексообразователя в данном соединении. A. +3; B. +2; C. 0; D. -1; E. -3. Задание 6. В аналитической химии применяется комплексная соль K4[Fe(CN)6].

Укажите тип данного комплексного соединения. A. Катионный; B. Анионный; C. Нейтральный; D. Многоядерный; E. Хелатный. Задание 7. При проведении аналитической реакции на ионы Fe2+ образовался темно-

синий осадок Fe3[Fe(CN)6]. Укажите аналитический реагент, который использовался в данной реакции.

A. K4[Fe(CN)6]; B. К3[Fe(CN)6]; C. КСNS; D. K2Cr2O7; E. KMnO4. Задание 8. При действии едкой щелочи на растворы солей меди (ІІ) образуется

нерастворимый в воде осадок. Укажите цвет образовавщегося осадка. A. Красный; B. Белый; C. Серо-зеленый; D. Темно-синий; E. Голубой.

31

Задание 9. Гемоглобин – красящий пигмент крови, благодаря которому

осуществляется транспорт кислорода в организме. Укажите элемент, который является комплексообразователем в этом соединении.

A. Железо; B. Цинк; C. Магний; D. Кальций; E. Натрий. Задание 10. В качестве антидота при отравлении солями тяжелых металлов применяют

динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Определите дентантность этого лиганда.

A. 1; B. 2; C. 4; D. 5; E. 6. Эталоны ответов. 1 – D; 5 – A; 9 – A; 2 – C; 6 – B; 10 – C. 3 – A; 7 – B; 4 – A; 8 – E;


В начале занятия осуществляется проверка уровня подготовки студентов к занятию путем фронтальной беседы.

После рассмотрения уровня подготовки к занятию, студенты решают учебные задачи по теме «Биогенные d-элементы, биологическая роль, применение в медицине». Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части, студенты оформляют протокол, в который вносят уравнения проведенных реакций и наблюдаемые при проведении опытов аналитические сигналы.

После завершения лабораторной работы, осуществляется анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения особенностей электронного строения d-элементов, химических свойств d-элементов на примере соединений их отдельных представителей и медико-биологического значения d-элементов и их соединений.

Следующим этапом является проведение тестового контроля знаний студентов по теме «Биогенные d- элементы; биологическая роль, применение в медицине» с использованием тестов формата А.

32


РАСТВОРЫ. ЭЛЕКТРОФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Самыми распространенными системами человеческого организма являются

растворы, в них происходят разнообразные физиологичные и биохимические процессы. Плазма крови, лимфа, моча, спинномозговая жидкость являются водными растворами в состав которых входят белковые компоненты, азотсодержащие соединения, углеводы, липиды и неорганические ионы (катионы натрия, калия, хлорид-ионы, гидрокарбонат-анионы и др.). Именно этим обусловлено широкое использование лекарственных средств в виде их водных растворов.

Биологические жидкости условно подразделяют на внутриклеточные и внеклеточные (плазма, лимфа), водно-солевой баланс которых определяется во-первых, концентрацией ионов и органических соединений, а во-вторых, работой физиологичных систем (почки, легкие, ЖКТ). Таким образом, одной из важнейших характеристик биологических жидкостей является концентрация растворенных компонентов, величина которой определяет нормальное или патологическое состояние организма.

Экспериментальное определение концентраций биологических жидкостей или растворов разнообразных лекарственных средств является важной стадией клинических и фармакологических исследований. При этом использование инструментальных методов является наиболее распространенным, преимущество которых заключается в небольшой трудоемкости в совокупности с большой точностью. Одним из таких методов является принцип непрямого определения концентрации по оптической плотности раствора – метод фотоэлектроколориметрии, в основе которого лежит закон Ламберта – Бугера - Бера.

При биохимических исследованиях данный метод используется для количественного определения общего содержания азота в моче (с реактивом Несслера), пировиноградной кислоты (метод Умбрайта), мочевины (метод Бородина), и т.д. Также фотоколориметрический метод дает возможность качественно определять амидопирин и кофеин, дикаин и новокаин в лекарственных смесях.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь трактовать механизм образования раствора, определять его тип и

количественный состав.

33

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Интерпретировать механизм образования растворов. 2. Интерпретировать влияние температуры и природы компонентов

раствора на растворимость. 3. Интерпретировать количественные характеристики состава раствора. 4. Интерпретировать понятие оптической плотности раствора и

экспериментально определять концентрацию раствора по данной характеристике.

5. Трактовать биологические жидкости как многокомпонентные водные растворы.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Классификация растворов. 2. Механизм процессов растворения. Термодинамический подход к

процессу растворения. Зависимость растворимости от температуры, природы растворенного вещества и растворителя.

3. Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри-Дальтона. Растворимость газов в крови. Кессонная болезнь.

4. Величины, которые характеризуют количественный состав растворов (массовая концентрация, молярная концентрация).

5. Оптическая плотность растворов. Закон светопоглощения Ламберта – Бугера – Бера.

6. Роль растворов в жизнедеятельности организмов.

34


Экспериментальное определение концентрации

растворов

оптическая плотность (закон Ламберта-Бугера-Бера)

фотоэлектро- колориметрия

Биологическое значение растворов и процессов растворения; определение

концентрации биологических жидкостей и лекарственных средств

РАСТВОРЫ


насыщенные; ненасыщенные; пересыщенные

концентрирован-ные; разбавленные

Количественный состав растворов

Механизм образования растворов

Массовая

концентрация

, ω, %

Влияние

температуры

Влияние

природы

растворенного вещества

Влияние

природы

растворителя

Растворимо

сть газов

(закон

Генри

-Дальтона)

Молярная концент-

рация,

СМ

, моль/л

35


Нова книга, 2006. – С. 87-97, 100-111, 632. 2. Медицинская химия: учебник. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И.,

Галинская В.И. и др. – К.: Медицина, 2008. – С. 106-125. Дополнительная литература. 3. Биофизическая химия. Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я.

Цыганенко. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – С. 41-49, 90-91. 4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 21-22, 25-27, 28-33. 5. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 157-169. 6. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для ВУЗов. – М.:

Высшая школа, изд. центр «Академия», 2001. – С. 142-146. ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части

занятия. Опыт №1. Определение массовой концентрации раствора меди (ІІ)

сульфата фотоэлектроколориметрическим методом. Принцип метода: метод основан на измерении оптической плотности

окрашенного раствора CuSO4. Материальное обеспечение: фотоэлектроколориметр (ФЭК), кюветы,

фильтровальная бумага, дистиллированная вода, стандартные растворы CuSO4, растворы CuSO4 неизвестной концентрации.

Ход работы: 1. Включить ФЭК, прогреть его перед началом работы в течение 15 минут. 2. Налить в кюветы дистиллированную воду и поместить их в ФЭК. 3. Проверить показатели прибора, при необходимости выставить

показатель на нулевую отметку. 4. Выключить прибор. 5. В кювету №2 налить раствор с наименьшей концентрацией раствора

CuSO4. 6. Протереть фильтровальной бумагой боковые стороны кюветы, чтобы

удалить капли раствора. 7. Кювету поместить в прибор и включить его. 8. Записать значение оптической плотности раствора. 9. Выключить прибор. 10. Кювету №2 опустошить и промыть следующим раствором. 11. Используя п.6-п.9 измерить оптическую плотность всех растворов

согласно их номерам, обозначенных на бутылках. 12. Полученные данные внести в таблицу:

36

СМ, моль/л С1 С2 С3 С4

d1

d2

d3

d4

d

13. Используя экспериментальные данные, построить калибровочную прямую: по оси ОХ отложить значение молярной концентрации, по осе OY – значение оптической плотности растворов, затем усреднив полученные точки, провести прямую линию.

14. При помощи калибровочной прямой, определить неизвестные

молярные концентрации растворов: на осе OY отложить экспериментально полученное значение d, провести прямую линию к калибровочной прямой и определить соответствующее значение СМ.

15. Рассчитать массовые концентрации растворов CuSO4 (ρ ≈ 1 г/мл). 16. Полученные данные занести в таблицу.

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. При растворении 35,9г натрия хлорида в 100мл воды (при 20оС), была

получена система, которая находится в равновесном состоянии с растворенным веществом. Определите тип данного раствора.

A. Разведенный; B. Ненасыщенный; C. Насыщенный; D. Пересыщенный; E. Твердый.

№ р-

ра

Оптическая плотность

d = lgIo/І

Молярная концентрация

СМ, моль/л

Массовая концентрация

ω, %

37

Задание 2. При бытовой травме для мгновенной остановки кровотечения был

использован раствор FeCl3 с концентрацией приблизительно 60%. Определите тип данного раствора.

A. Разведенный; B. Концентрированный; C. Газообразный; D. Твердый; E. Буферный. Задание 3. При растворении синих кристаллов CoCl2 наблюдается образование

розового раствора. Определите процесс, который это объясняет. A. Кристаллизация; B. Перекристаллизация; C. Диссоциация; D. Ассоциация ионов; E. Гидратация. Задание 4. В биохимической лаборатории с целью приготовления насыщенного

раствора L-аспарагиновой кислоты было растворено 0,42г вещества в 100мл воды. Определите тип вещества по ее растворимости.

A. Высоко растворимое; B. Хорошо растворимое; C. Малорастворимое; D. Практически нерастворимое; E. Вообще нерастворимое. Задание 5. Для проведения клинических исследований необходимо приготовить

раствор парафина. Укажите растворитель, который может быть для этого использован.

A. Вода; B. Уксусная кислота; C. Метанол; D. Ацетон; E. Бензол. Задание 6. Во время быстрого аварийного подъема водолаза с глубины на поверхность,

в результате закупоривания кровеносных сосудов, наблюдается изменение цвета кожи и головокружение. Определите заболевание, признаки которого приведены.

A. Анемия;

38

B. Кессонная болезнь; C. Базедова болезнь; D. Диабет; E. Болезнь Вильямса. Задание 7. В качестве противоаллергического средства было использовано 100г

раствора кальция хлорида с массовой концентрацией 10%. Определите массу вещества и растворителя (в граммах), которые были необходимы для приготовления данного раствора.

A. 20 и 80; B. 15 и 85; C. 10 и 90; D. 5 и 95; E. 1 и 99. Задание 8. Катионы К+ являются основными ионами внутриклеточной жидкости,

концентрация которых составляет 0,15моль/л. Определите массу катионов калия (в граммах) в организме взрослого человека, если общий объем данной биологической жидкости приблизительно равен 27л.

A. 158; B. 15,8; C. 1,58; D. 0,158; E. 0,0158. Задание 9. Для инъекционного введения лекарственного средства, был использован

физиологический раствор NaCl с массовой концентрацией 0,9%, плотность которого равняется 1,0053г/мл. Рассчитайте молярную концентрацию (моль/л) данного раствора.

A. 0,18; B. 0,17; C. 0,16; D. 0,15; E. 0,14. Задание 10. В ходе лабораторной работы методом фотоэлектроколориметрии была

определена оптическая плотность раствора роданида железа (ІІІ), а затем установлена его молярная концентрация. Укажите уравнение, которое положено в основу данного метода.

A. ;

39

B. ;

C. ;

D. ;

E. .

Задание 11. У больного наблюдается образование отеков (накопление воды в

межклеточном пространстве). Определите состояние водного баланса для последующего выбора курса лечения.

A. Нулевой; B. Физиологичный; C. Положительный; D. Отрицательный; E. Резко отрицательный. Эталоны ответов. 1 – С; 5 – E; 9 – C; 2 – В; 6 – B; 10 – A; 3 – E; 7 – C; 11 – C. 4 – C; 8 – A;


В начале занятия осуществляется определение уровня самостоятельной

подготовки студентов при помощи фронтального опроса. Следующим этапом является решение учебных задач по теме «Растворы.

Электрофотоколориметрический метод определения концентрации растворов». Затем выполняется лабораторная работа с использованием приведенной инструкции.

После завершения лабораторной работы происходит анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения вопросов относительно механизма образования растворов, их классификации и влияния различных факторов на процессы растворения, а также рассматривается биологическая роль водных растворов.

Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме «Растворы. Электрофотоколориметрический метод определения концентрации растворов» с использованием тестов формата А.

После завершение тестового контроля, студенты оформляют протокол лабораторной работы, в который вносят результаты фотоколориметрических измерений оптической плотности, строят калибровочную прямую и определяют молярные и массовые концентрации растворов CuSO4.

40


РАСТВОРЫ. ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ КАК МЕТОД ОБЪЕМНОГО КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Метод перманганатометрии является одним из важнейших методов

химического объемного анализа в аналитической химии. Химические реакции, используемые в объемном анализе, должны протекать быстро и количественно, т.е. до полного израсходования обоих взаимодействующих веществ. Конец реакции отвечает стехиометрическому уравнению между двумя реагирующими веществами. Вспомогательные реактивы, позволяющие установить конец реакции, называются индикаторами. В методе перманганатометрии роль индикатора выполняет сам перманганат калия. В кислой среде, при титровании, фиолетовый раствор перманганата обесцвечивается восстановителем. В эквивалентной точке обесцвечивание прекращается и одна лишняя капля перманганата окрашивает весь раствор в розовый цвет. Таким образом, легко установить конец реакции.

Быстрота объемно-аналитических определений дает возможность легко повторять их по нескольку раз и тем самым получать очень точные данные. Метод перманганатометрии дает возможность определить концентрацию раствора (молярную, нормальную, моляльную и процентную).

Такие науки как биология, биохимия, медицина, фармацевтическая химия тесно связаны с развитием учения о растворах, т.к. все биологические процессы, происходящие в растительном и животном мире, а также и организме человека, протекают в растворах. Метод перманганатометрии широко применяется при решении многих вопросов научного и практического характера т.к. этим методом может быть определено большое количество веществ. В клиническом анализе метод перманганатометрии применяется для определения в крови мочевой кислоты, кальция, калия и окислительного фермента каталазы; в санитарно-гигиеническом анализе – при исследовании питьевых и сточных вод. Качество водопроводной воды для питья постоянно контролируется органами санитарного надзора. Одна из проб ─ проба на окисляемость. Окисляемость воды перманганатом калия ─ условный показатель, характеризующий содержание в ней восстановителей, таких, как соли железа (II) соли серной и азотной кислот, органических кислот и других биологических соединений.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь экспериментально определять и рассчитывать концентрацию

растворимых веществ в растворе методом перманганатометрии.

41

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Интерпретировать растворы как многокомпонентные системы. 2. Интерпретировать моляльную концентрацию и молярную концентрацию

эквивалента. 3. Интерпретировать окислительно-восстановительные реакции. 4. Трактовать метод пермангатометрии и его применение в медицине. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Общие сведения о растворах, способы выражения количественного

состава растворов. Моляльная концентрация (Сm), молярная концентрация эквивалента (Сэкв).

2. Окислительно-восстановительные реакции. Основные окислители и восстановители. Метод электронного баланса.

3. Метод перманганатометрии. Молярная концентрация эквивалента окислителей и восстановителей.

4. Применение метода перманганатометрии в клиническом анализе и в санитарно-гигиенических исследованиях.

42


Растворимое вещество

РАСТВОРЫ Растворитель

Способы выражения

концентраций

Массовая доля

раствора

Молярная концентрация

Моляльная концентрация

Молярная концентрация эквивалента

Молярная масса эквивалента окислителя

Метод объемного анализа. Перманганатометрия

Титриметрическое определение объема

окислителя

Расчет концентрации восстановителя

Применение методом титриметрического анализа в

лабораторной практике

43

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. Основная литература. 1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця: Нова

книга, 2006. – С. 90-92; 95-98; 191-207; 336-344. 2. Медицинская химия: учебник. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И.,

Галинская В.И. и др. – К.: Медицина, 2008. – С. 209-215; 116-118. Дополнительная литература. 3. К.А. Селезнёв. Аналитическая химия. М.: «Высшая школа», 1973. –

С.72-73, 78-79, 85, 90-91, 108, 142-143, 153. ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части

занятия. Опыт №1. Определение концентрации восстановителя методом

перманганатометрии. Принцип метода: метод основан на использовании окислительно-

восстановительного титрования. Материальное обеспечение: бюретка, колбы для титрования, пипетки,

мерный цилиндр, водяная баня, раствор калия перманганата (Сэкв.=0,01М), раствор щавелевой кислоты, раствор серной кислоты, дистиллированная вода.

Ход работы: 1. Бюретку промыть раствором калия перманганата Сэкв. = 0,01 моль/л и

довести уровень раствора в ней до «0» (правило мениска). 2. В колбу для титрования отмерить точно заданный объем восстановителя

(VH2C2O4) и прибавить к нему 2 мл раствора серной кислоты. 3. Нагреть на водной бане. 4. Провести титрование восстановителя раствором калия перманганата,

прибавляя его из бюретки по каплям (последующую каплю прибавляем после полного обесцвечивания предыдущей).

5. В точке эквивалента определяем по шкале бюретки объем раствора KMnO4 – (VKMnO4)

6. Повторить титрование еще дважды и рассчитать средний объем раствора KMnO4, который пошел на титрование.

7. Рассчитать концентрацию раствора H2C2O4 по формуле:

где Сэкв.H2C2O4 – молярная концентрация эквивалента щавелевой кислоты, моль/л;

Сэкв.KMnO4 – молярная концентрация эквивалента раствора калия перманганата, моль/л;

VKMnO4 – среднее арифметическое значение объема KMnO4, мл; VH2C2O4 – объем щавелевой кислоты взятой на титрование, мл.

44

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

Задание 1. Растворы играют важную роль в жизни человека. Укажите, какой фактор

влияет на растворимость твердых веществ. A. Давление; B. Величина поверхности твердого вещества; C. Природа растворителя; D. Объем раствора; E. Влажность воздуха. Задание 2. Важной характеристикой растворов является их концентрация. Укажите тип

концентрации, которая определяет число молей растворенного вещества, содержащегося в 1000 мл раствора.

A. молярная концентрация эквивалента; B. массовая доля; C. моляльная концентрация; D. объемная доля; E. мольная доля. Задание 3. Перманганатометрию используют в клинических лабораториях для

определения в крови ионов кальция. Укажите кислоту, которую необходимо использовать для создания кислой среды при титровании данным методом.

A. HNO3; B. HNO2; C. H2SO4; D. HCl; E. H3PO4. Задание 4. Окислительные свойства водного раствора KMnO4 используют для

обезвреживания токсичных органических веществ. Укажите, при каких условиях можно определить концентрацию восстановителей в растворе.

A. Только при нагревании; B. Можно в кислой среде; C. Можно в нейтральной среде; D. Нельзя; E. Только при перемешивании раствора. Задание 5. Перманганатометрию используют для определения количества

органических примесей в воде. Укажите, сколько граммов KMnO4 нужно взять

45

для приготовления 500 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,2 моль‐экв/л.

A. 9,48; B. 7,90; C. 6,32; D. 3,16; E. 1,58. Задание 6. По количеству окисленного перманганата определяют содержание

примесей в питьевых и сточных водах. Укажите способ фиксирования точки эквивалентности в методе перманганатометрии.

A. Индикатор – фенолфталеин; B. Раствор крахмала; C. Индикатор – лакмус; D. Безиндикаторный способ; E. KMnO4. Задание 7. Окислительно-восстановительная реакция протекает по схеме

P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO Укажите сумму коэффициентов в правой части этой реакции. A. 18; B. 10; C. 9; D. 8; E. 5. Задание 8. Для идентификации H2O2 в фармакопейном анализе применяют метод

перманганатометрии. Укажите, титрованием какого раствора устанавливают точную концентрацию KMnO4.

A. Азотная кислота; B. Серная кислота; C. Щавелевая кислота; D. Соляная кислота; E. Гидроксид натрия. Задание 9. В диагностических целях в клинической медицине применяют методы

количественного анализа. Укажите, невозможность при титровании методом перманганатометрии использования HNO3.

A. Разлагается при нагревании; B. Является сильным окислителем; C. Окрашивает раствор в розовый цвет;

46

D. Не позволяет определить точку эквивалента; E. Является сильной кислотой. Задание 10. В основе метода перманганатометрического титрования лежит реакция

взаимодействия KMnO4 с щавелевой кислотой в кислой среде: 2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 10CO2 + 8H2O

MnO4

- + 8H+ +5е → Mn+2 + 4H2O ×2 H2C2O4 –2е → 2CO2 + 2H+ ×5 Укажите формулу расчета в моль-экв/дм3 окислителя в данной реакции. A. ;

B. ;

C. ;

D. ;

E. . Эталоны ответов. 1 – C; 5 – D; 9 – B; 2 – A; 6 – E; 10 – B. 3 – C; 7 – B; 4 – B; 8 – C;


В начале занятия осуществляется определение уровня подготовки студентов

к занятию при помощи фронтальной беседы. Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с

использованием приведенной инструкции. После завершения практической части, студенты оформляют протокол, в который вносят уравнения проведенных реакций и наблюдаемые при поведении опытов аналитические сигналы. После выполнения лабораторной работы, студенты выполняют самостоятельную работу путем решения ситуационных задач по теме: «Растворы. Перманганатометрия как метод объемного количественного анализа».

Далее происходит анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения теоретических вопросов решения обучающих задач.

Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме: «Растворы. Перманганатометрия как метод объемного количественного анализа» с использованием тестов формата А. Занятие заканчивается

47

подведением итогов работы и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля, и осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.

КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Комплексные соединения играют большую роль при изучении

биологически-активных соединений, знание которые необходимо для понимания механизмов биохимических процессов, проходящих в организме человека. Например, было установлено, что некоторые витамины в комплексах с кобальтом, медью, марганцем, никелем заметно увеличивают свою физиологическую активность. Гемоглобин, хлорофилл зеленых растений, витамин В12 представляют собой комплексные соединения, знание свойств которых необходимо при изучении биологии, биохимии и клинических дисциплин.

В настоящее время комплексные соединения широко применяются в клиниках (хелатотерапия отравлений солями тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец), в сельском хозяйстве (удобрения, средства защиты растений от различных болезней), в клинических и санитарно-гигиенических исследованиях (комплексонометрия).

Комплексонометрия – это метод объёмного анализа, в котором в качестве титрованных растворов применяют органические реагенты – комплексоны, представляющие собой аминополикарбоновые кислоты. Чаще всего применяется комплексон Ш или трилон Б (дигидрат натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты). Важной характеристикой его свойств является способность мгновенно образовывать прочные, растворимые в воде внутрикомплексные соединения почти со всеми катионами. На этом принципе основан метод определения жесткости воды, широко применяемый в санитарно-гигиенических лабораториях, на фильтровальных станциях и т.д.

Жесткость воды – один из основных показателей качества водопроводной воды. Жесткость воды делится на 3 вида: временную, постоянную и общую. Временная жесткость воды обусловлена присутствием гидрокарбонатов, которые разрушаются при кипячении.

Ca(HCO3)2t CaCO3 + CO2 + H2O

Mg(HCO3)2t MgCO3 + CO2 + H2O

Постоянная жесткость обусловлена присутствием растворимых солей кальция и магния, которые не образуют осадка при кипячении. Общая жесткость – это сумма временной и постоянной жесткости. Она выражается суммой миллиграмм-эквивалентов ионов кальция и магния в 1 литре воды и может колебаться в следующих пределах:

− до 4 единиц – вода мягкая;

48

− 4-8 единиц – вода средней жесткости; − 8-12 единиц – вода жесткая; − свыше 12 единиц – вода очень жесткая. ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь интерпретировать строение и свойства комплексных соединений,

понятия нестойкости, устойчивости, образования и диссоциации комплексных соединений, а также применять метод комплексонометрии для определения жесткости водопроводной воды.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ. УМЕТЬ: 1. Идентифицировать строение комплексных соединений в соответствии с

основными положениями координационной теории Вернера. 2. Интерпретировать природу химической связи в комплексных

соединениях. 3. Интерпретировать классификацию и номенклатуру комплексных

соединений. 4. Интерпретировать образование и диссоциацию комплексных

соединений. 5. Интерпретировать понятие жесткости воды и определять общую

жесткость воды. 6. Трактовать химические основы применения комплексных соединений в

медицине и биологии. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Основные положения координационной теории Вернера. Структура

комплексных соединений: центральный атом, координационное число, лиганды, их дентантность, комплексный ион, внутренняя и внешняя сферы комплексных соединений.

2. Номенклатура и классификация комплексных соединений по заряду комплексного иона и сущности лигандов.

3. Природа химической связи в комплексных соединениях. 4. Равновесие в растворах комплексных соединений, константа

нестойкости и константа устойчивости комплексных соединений. 5. Механизм образования хелатных комплексов на примере образования

хелатного комплекса Са2+ с трилоном Б. 6. Использование метода комплексонометрии для определения общей

жесткости воды. 7. Хелатный эффект. Применение трилона Б и других комплексонов в

качестве антидотов при отравлениях солями тяжелых металлов.

49


Комплексные соединения

Внутренняя сфера

Внешняя сфера

Структура

Комплексообразователь

Лиганды

Дентантность Устойчивость

Константа нестойкости

Константа устойчивости

Санитарно-гигиенические

Клинические

Сельское хозяйство

Терапия

Фарм. химия

Комлексоны

Биохимия

Биология


Свойства


50


Нова книга, 2006. – С. 46-57, 63-68, 72-84, 359-363. 2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская

химия: учебник. – К.: Медицина, 2008. – С. 43-54. Дополнительная литература. 3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для ВУЗов. – М.:

Высшая школа, изд. центр «Академия», 2001. – С. 107-113, 206-208. 4. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 251-271. 5. Н.И. Михайличенко. Общетеоретические основы химии. – К.: Высшая

школа, 1979. – С. 87-103. 6. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.З. Общая химии. Биофизическая

химия. Химия биогенных элементов. Учебник для ВУЗов. – М.: Высшая школа, 2000. – С. 191-203.

7. К.А. Селезнёв. Аналитическая химия. М.: «Высшая школа», 1973. – С. 55-57, 58-59, 60-62.


Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Получение гидроксокомплексов алюминия и цинка. Принцип метода: метод основан на образовании белых осадков гидроксидов

цинка и алюминия, растворимых в избытке щелочи с образованием комплексных соединений.

Материальное обеспечение: 2 часовых стекла, пипетки, раствор сульфата цинка, раствор сульфата алюминия, раствор едкого натра.

Ход работы: 1. Нанести на 2 часовых стекла по 6-8 капель растворов сульфата цинка и

сульфата алюминия. 2. Ввести по 3-4 капли раствора едкого калия KOH. 3. Наблюдать образование белых осадков гидроксида цинка и гидроксида

алюминия. 4. К каждому осадку добавить ещё по 5-6 капель раствора KOH. 5. Наблюдать растворение осадков. 6. Составить уравнения соответствующих реакций. 7. Обозначить комплексообразователи и лиганды соответствующих

комплексных ионов. 8. Определить к какому типу относятся полученные комплексы –

катионные или анионные.

51

Опыт №2. Получение комплексных соединений обменными реакциями. Принцип метода: метод основан на взаимодействии гексацианоферрата (II)

калия (желтой кровяной соли) с солями железа (III) с образованием в кислой среде синего осадка берлинской лазури.

Материальное обеспечение: пробирки, раствор хлорида железа (III), раствор гексацианоферрата (II) калия (желтой кровяной соли) K4[Fe(CN)6], 0,1М раствор соляной кислоты HCl.

Ход работы: 1. В пробирку внести 4 капли раствора хлорида железа (III). 2. Добавить 4 капли раствора (желтой кровяной соли) K4[Fe(CN)6]. 3. Внести 2-3 капли 0,1М раствора соляной кислоты HCl. 4. Наблюдать образование синего осадка берлинской лазури, который

необходимо сохранить для следующего опыта. 5. Составить уравнение реакции. Опыт №3. Разрушение осадка берлинской лазури. Принцип метода: метод основан на реакции взаимодействия едкой щелочи и

осадка берлинской лазури, которая сопровождается разрушением комплекса и изменением окраски раствора.

Материальное обеспечение: пробирка с осадком берлинской лазури, раствор едкого калия КОН.

Ход работы: 1. К осадку берлинской лазури добавить 5-6 капель раствора едкого калия

КОН. 2. Наблюдать изменение цвета осадка. 3. Составить уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. 4. Сделать вывод относительно действия щелочей на осадок берлинской

лазури. Опыт №4. Определение общей жесткости воды методом комплексонометрии. Принцип метода: метод основан на способности трилона Б образовывать

хелатные комплексы с ионами Са2+ и Mg2+, присутствующими в воде. Материальное обеспечение: мензурка, мерные пробирки, конические колбы

для титрования, штатив, бюретка, воронка, аммонийная буферная смесь, сухой индикатор, 0.01М раствор трилона Б, водопроводная вода.

Ход работы: 1. В колбу для титрования отмерить 25 мл исследуемой воды с помощью

мензурки. 2. Внести 2 мл аммонийной буферной смеси и стеклянную ложечку сухого

индикатора. 3. Бюретку заполнить 0.01М раствором трилона Б до нулевой отметки по

нижнему мениску.

52

4. Титровать раствором трилоном Б исследуемую смесь до изменения окраски раствора от вино-красного до синего.

5. Повторить титрование 3 раза и рассчитать средний объём трилона Б израсходованного на титрование.

6. Общую жесткость воды рассчитать по формуле:

где Vтрилона Б – средний объем трилона Б, израсходованного на титрование, мл;

СЭ трилона Б – нормальная концентрация раствора трилона Б, моль∙экв/л; – объём исследуемой воды, мл.

7. Сравнить полученное значение жесткости воды с нормативными показателями общей жесткости водопроводной воды, сделать вывод.


ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Координационное число – важная характеристика комплексного

соединения. Определите это число в соединении K3[Fe (C2O4)3]. A. 2; B. 3; C. 6; D. 5; E. 1. Задание 2. Устойчивость комплексного соединения [Zn(NH3)4](OH)2 характеризуется

константами нестойкости. Выберите выражение этой константы по первой ступени.

A. ;

B. ;

C. ;

D. ;

E. .

53

Задание 3. Комплексный ион [Co(CN)6]4– в растворе диссоциирует ступенчато.

Определите заряд центрального атома при полной диссоциации комплексного иона.

A. +3; B. 0; C. +2; D. –2; E. –3. Задание 4. Ионы тяжелых металлов (Hg+2, Ag+, Cu+2 и другие) в больших

концентрациях блокируют работу ферментов. Объясните с химической точки зрения действие этих ионов.

A. Взаимодействуют с аминогруппами; B. Блокируют пептидные связи; C. Взаимодействуют с SH – группами; D. Изменяют первичную структуру белков; E. Взаимодействуют с концевыми карбоксильными группами белков. Задание 5. В качестве антидота при отравлении солями тяжелых металлов применяют

динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б):

CH2 CH2 NN

CH2

CH2

CH2

CH2

NaOOC

HOOC

COONa

COOH Укажите дентантность этого лиганда. A. 6; B. 3; C. 4; D. 5; E. 1. Задание 6. При кипячении воды на дне чайника образовался осадок солей. Определите

характер образовавшегося осадка. A. Ca(HCO3)2 + Mg(HCO3)2; B. CaCO3 + MgCO3; C. CaCl2 + MgCl2; D. Na2SO4 + K2SO4; E. NaCl + KCl.

54

Задание 7. В санитарно-гигиенической лаборатории определили, что общая жесткость

воды равна 10 мг∙экв/л. Укажите степень жесткости данной воды. A. Мягкая; B. Средней жесткости; C. Жесткая; D. Очень жесткая; E. Дистиллированная. Эталоны ответов. 1 – C; 5 – C; 2 – A; 6 – A; 3 – C; 7 – C. 4 – C;


В начале занятия осуществляется проверка подготовки студентов к

самостоятельной работе путем фронтальной беседы. Студенты решают учебные задания, разбирают и закрепляют теоретический материал: интерпретируют строение комплексных соединений в соответствии с основными положениями координационной теории Вернера.

После решения обучающих заданий студенты приступают к выполнению самостоятельной работы. Используя инструкцию к лабораторно-практическому занятию, они выполняют лабораторную работу. После окончания ее студенты оформляют протокол лабораторной работы. В протокол записываются уравнения проведенных реакций и внешние эффекты, которые сопровождали данные опыты, рассчитывается общая жесткость водопроводной воды.

После завершения лабораторной работы осуществляется анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения образования, диссоциации, устойчивости комплексных соединений, структуры полидентантных лигандов, понятия жесткости воды, а также медико-биологического значения комплексонов.

Следующим этапом является проведение тестового контроля знаний студентов то теме «Комплексообразование в биологических системах» с использованием тестов формата А.

Занятие заканчивается подведением итогов работы и оценкой знаний студентов: озвучиваются результаты тестового контроля и осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.

55

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ РАВНОВЕСИЕ В ОРГАНИЗМЕ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Все физиологические жидкости организма (желудочный сок, плазма крови,

внеклеточная, внутриклеточная и спинномозговая жидкости) представляют собой водные растворы. Компонентами данных систем является катионы и анионы сильных электролитов (K+; Na+; Mg2+; HPO4

2-; H2PO4-; HCO3-; Cl-), а также органические соединения (глюкоза, полисахариды, белки и др.), являющихся слабыми электролитами. Важными функциями электролитов организма являются: поддержание осмотического давления и значения ионной силы биологических жидкостей, влияние на биоэлектрические потенциалы, свертывание крови и др.

Особенную физиологическую активность проявляют ионы водорода и гидроксид-ионы, которые определяют кислотность внутренних сред организма, влияют на активность ферментов и др. Кислотность биологических жидкостей, количественной характеристикой которой является водородный показатель – рН, является одной из основных физико-химических характеристик жидкостных сред организма, определение которой позволяет сделать вывод относительно физиологического и патологического функционирования организма.

Таким образом, важным этапом в понимании многих физиологических явлений является рассмотрение свойств растворов электролитов и кислотно-основного состояния биологических жидкостей, которые позволяют объяснить механизм поддержания водно-солевого баланса и определить нарушения работы различных систем организма на стадии диагностики заболевания.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь трактовать свойства растворов электролитов и кислотно-основное

равновесие биологических систем организма. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Интерпретировать понятия слабых и сильных электролитов. 2. Интерпретировать свойства растворов электролитов. 3. Интерпретировать теории кислот и оснований Аррениуса, Бренстеда-

Лоури и Льюиса. 4. Интерпретировать диссоциацию воды и водородный показатель. 5. Трактовать теорию кислотно-основных индикаторов. 6. Трактовать водно-электролитное состояние и рН биологических систем

организма.

56

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Растворы электролитов. Электролиты в организме человека. 2. Степень и константа диссоциации слабых электролитов. Закон

разведения Оствальда. 3. Свойства растворов сильных электролитов. Активность, ионная сила

растворов сильных электролитов. 4. Теории кислот и оснований Аррениуса, Бренстеда-Лоури, Льюиса. 5. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель

рН. 6. Кислотно-основное титрование. Теория кислотно-основных

индикаторов. 7. Водно-электролитный баланс организма. Значение рН биологических

жидкостей.

57


Кислотно-основное равновесие

Растворы электролитов

Теории кислот и оснований

Диссоциация води

Слабые электролиты

Сильные электролиты

Диссоциация

, КД

Степень

диссоциа-

ции,

закон Остваьда


Активность

Ионная сила

Теория

Аррениуса

Теория

Бренстеда

-Лоури

Теория

Лью

иса

Ионное произведение Водородный показатель

Значения рН биологических жидкостей

Экспериментальное определение

(кислотно-основное титрование)

Кислотно-основные индикаторы

Биологическая роль

водно-солевой баланс

кислотно-основное равновесие

58


Нова книга, 2006. – С. 129-151, 175-176. 2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская

химия: учебник. – К.: Медицина, 2008. – С. 141-159. Дополнительная литература. 3. Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я. Цыганенко. Биофизическая

химия. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – С. 59-71, 75-77. 4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 77-87. 5. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 176-192, 195-196. ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Вариант 1. Определение концентрации кислоты титриметрическим методом

(алкалиметрия). Принцип метода: метод основан на экспериментальном определении

концентрации раствора соляной кислоты методом кислотно-основного титрования.

Материальное обеспечение: колбы для титрования, пипетки мерные, груша, цилиндр, бюретка, фильтровальная бумага; раствор соляной кислоты с неизвестной концентрацией, раствор натрия гидроксида с молярной концентрацией 0,01моль/л, дистиллированная вода, раствор индикатора метилового красного.

Ход работы: 1. При помощи мерной пипетки отмерить раствор соляной кислоты

неизвестной концентрации и поместить в колбу для титрования. 2. Отмерить цилиндром приблизительно 10 мл дистиллированной воды и

добавить к раствору кислоты. 3. Добавить к полученному раствору 2-3 капли раствора индикатора

метилового красного. 4. Наблюдать появление розового окрашивания. 5. Промыть бюретку дистиллированной водой, а затем небольшим

количеством раствора щелочи (3 раза). 6. Заполнить бюретку раствором NaOH с молярной концентрацией

0,01моль/л и довести уровень жидкости до нулевого значения. 7. По каплям, при интенсивном перемешивании, к раствору HCl добавлять

раствор щелочи до изменения окрашивания (ярко-желтое). 8. Определить объем раствора NaOH, который был использован для

титрования.

59

9. Используя пункты 1-4 и 6-8, повторить эксперимент еще два раза. 10. Полученные результаты занести в таблицу:

№ VHCl, мл СNaOH, М VNaOH, мл 1. 0,01 2. 0,01 3. 0,01

cреднее значение 0,01

СHCl, М рН 11. Провести расчет концентрации соляной кислоты и величины рН данного

раствора. Результаты занести в таблицу. 12. Сделать вывод относительно выбора индикатора (метилового красного)

для алкалиметрического титрования. Вариант 2. Определение концентрации щелочи титриметрическим методом

(ацидиметрия). Принцип метода: метод основан на экспериментальном определения

концентрации раствора натрия гидроксида методом кислотно-основного титрования.

Материальное обеспечение: колбы для титрования, пипетки мерные, груша, цилиндр, бюретка, фильтровальная бумага; раствор натрия гидроксида с неизвестной концентрацией, раствор соляной кислоты с молярной концентрацией 0,01моль/л, дистиллированная вода, раствор индикатора фенолфталеина.

Ход работы: 1. При помощи мерной пипетки отмерить раствор натрия гидроксида

неизвестной концентрации и поместить в колбу для титрования. 2. Отмерить цилиндром примерно 10 мл дистиллированной воды и

добавить к раствору щелочи. 3. Добавить к полученному раствору 2-3 капли раствора индикатора

фенолфталеина. 4. Наблюдать появление малинового окрашивания. 5. Промыть бюретку дистиллированной водой, а затем небольшим

количеством раствора кислоты (3 раза). 6. Заполнить бюретку раствором HCl с молярной концентрацией

0,01моль/л и довести уровень жидкости до нулевого значения. 7. По каплям, при интенсивном перемешивании, к раствора NaOH

добавлять раствор кислоты до исчезновения окрашивания. 8. Определить объем раствора HCl, который был использован для

титрования. 9. Используя пункты 1-4 и 6-8, повторить эксперимент еще два раза. 10. Полученные результаты занести в таблицу:

60

№ VNaOH, мл СHCl, М VHCl, мл 1. 0,01 2. 0,01 3. 0,01

cреднее значение 0,01

СNaOH, М рН

11. Провести расчет концентрации щелочи и величины рН данного раствора. Результаты занести в таблицу.

12. Сделать вывод относительно выбора индикатора (фенолфталеина) для ацидиметрического титрования.


ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. При экспериментальном определении электролитного состава

внутриклеточной жидкости, установлено содержание белков, которое составляет 4,7·10-2 моль/л. Определите тип данного электролита.

A. Сильный; B. Средней силы; C. Слабый; D. Полиэлектролит; E. Неэлектролит. Задание 2. Для проведения биохимических исследований, был приготовлен 0,01моль/л

раствор молочной кислоты (КД=1,38·10-4). Определите степень диссоциации в процентах и концентрацию ионов Н+ в данном растворе в моль\л.

A. 0,012 и 1,2·10-6; B. 0,12 и 1,2·10-5; C. 1,2 и 1,2·10-4; D. 12 и 1,2·10-3; E. 12 и 1,2·10-2. Задание 3. С целью моделирования физиологических процессов, которые происходят в

плазме крови, необходимо приготовить раствор натрия хлорида с величиной ионной силы 0,15 моль/л. Укажите молярную концентрацию (моль/л), которую должен иметь данный раствор.

A. 0,015; B. 0,03; C. 0,15;

61

D. 0,3; E. 1,5. Задание 4. Одна из важнейших протолитических реакций организма:

HPO42- + H+ ↔ H2PO4

- происходит в плазме крови. С целью понимания механизма данных процессов, в приведенном примере, определите кислоту по теории Бренстеда-Лоури.

A. HPO42-;

B. H2PO4-;

C. Н+; D. H2O E. H3PO4 Задание 5. Для проведения лабораторного синтеза никотиновой кислоты (витамина

РР), необходимо осуществить реакцию алкилирования пиридина (1):

N

+CH3Cl/KAT/-HCl

(1)N

CH3

N

COOHO

(2)

которая происходит только в присутствии катализатора - кислоты Льюиса. Определите вещество, которое может быть использовано в качестве этой кислоты.

A. AlCl3; B. [AlCl4]-; C. HCl; D. Cl-; E. Cl2. Задание 6. В лаборатории методом рН-потенциометрии установлена концентрация

ионов Н+ в водном растворе альбуминов. Укажите выражение, которое по результатам эксперимента позволяет рассчитать концентрацию ОН--ионов.

A. ;

B. ;

C. ;

D. ; E. .

62

Задание 7. При проведении клинических исследований экспериментально был

установлен водородный показатель желудочного сока пациента, который приблизительно равен единице. Определите концентрацию ионов Н+ (моль/л) в данной биологической жидкости.

A. 10-1; B. 10-2; C. 10-3; D. 10-4; E. 10-5. Задание 8. С целью определения функционирования поджелудочной железы, методом

кислотно-основного титрования, определена концентрация гидроксид-ионов в образце жидкости данной секреции: [OH-] = 1·10-5 моль/л. Определите величину рН.

A. 5; B. 7; C. 9; D. 11; E. 13. Задание 9. С целью определения основного содержания аскорбиновой кислоты

(витамина С) в медицинском препарате, необходимо провести кислотно-основное титрование с использованием индикатора метилового красного. Укажите окрашивание, которое будет определять завершение титрования.

A. Розовое; B. Желтое; C. Синее; D. Фиолетовое; E. Отсутствие окрашивания. Задание 10. При клиническом анализе образца крови больного экспериментально

определен водородный показатель: рН=7,2. Укажите кислотно-основное состояние крови для дальнейшего выбора курса лечения.

A. Физиологическое; B. Ацидоз; C. Алкалоз; D. Гомеостаз E. Гипоксия Эталоны ответов. 1 – D; 5 – A; 9 – В;

63

2 – D; 6 – B; 10 – B. 3 – C; 7 – A; 4 – B; 8 – С;

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ НА

ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ. В начале занятия осуществляется определение уровня самостоятельной

подготовки студентов к занятию с помощью фронтального опроса. Следующим этапом является решение учебных задач по теме "Кислотно-

основное равновесие в организме. Водородный показатель биологических жидкостей". Затем выполняется лабораторная работа с использованием приведенной инструкции.

После завершения лабораторной работы происходит анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения вопросов: классификация электролитов и диссоциация их водных растворов, кислотно-основные теории, процесс диссоциации и ионное произведение воды, а также понятия о водородном показателе биологических жидкостей. Далее рассматриваются методы кислотно-основного титрования и принцип действия кислотно-основных индикаторов.

Следующим этапом является проведение тестового контроля знаний студентов по теме "Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный показатель биологических жидкостей" с использованием тестов формата А.

После завершения тестового контроля, студенты оформляют протокол лабораторной работы, в который вносят результаты экспериментального определения концентрации кислоты или щелочи и расчет величин рН.

Занятие заканчивается подведением итогов работы и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля, и осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Постоянство величин рН биологических жидкостей является основой

нормального функционирования организма: обуславливает каталитическое действием ионов Н+ в реакциях гидролиза органических веществ, обеспечивает биологическую активность ферментов при определенных значениях рН, поддерживает на постоянном уровне осмотическое давление биологических жидкостей и др. Механизм поддержания величин рН жидкостей на определенном уровне реализуется за счет работы физиологических (почки, печень, легкие) и физико-химических (буферные растворы) систем. При этом работа буферные системы компенсирует сдвиг рН жидкостей мгновенно, в отличие от физиологических систем.

64

Наиболее важными являются буферные системы крови, которые предотвращают изменение рН при попадании из тканей органических кислот (угольная, молочная, масляная) и основных веществ (аммиак, креатин). При этом буферные системы условно можно классифицировать на органические (белковая, гемоглобиновая-оксигемоглобиновая) и неорганические (гидрокарбонатная, фосфатная). Следует отметить, что неорганические буферы присутствуют как в плазме, так и в эритроцитах, однако, белковый буфер локализован лишь в плазме, а гемоглобиновый – в эритроцитах.

При проведении клинических исследований, широко применяют буферные растворы с определенным диапазон значений рН, максимально приближенным к биологических жидкостей. Подобное "моделирование" основных жидкостных сред организма позволяет изучать протекание биохимических процессов, рассматривать возможные изменения кислотного баланса при введении лекарственных средств и разрабатывать способы устранения подобных изменений.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь интерпретировать состав буферных растворов организма и механизм

их действия. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Интерпретировать состав буферных растворов. 2. Интерпретировать расчет величины рН буферных систем. 3. Интерпретировать механизм действия буферных систем. 4. Интерпретировать величину буферной емкости. 5. Интерпретировать компоненты и механизм действия буферных систем

организма. 6. Трактовать кислотно-основное состояние крови. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Классификация и основные компоненты буферных растворов. 2. Уравнения Гендерсона-Гассельбаха. Влияние разведения и

концентрирование на величину рН буферов. 3. Механизм действия ацетатного и аммонийного буферных систем. 4. Буферная емкость и факторы, которые определяют данную

характеристику. 5. Основные буферные системы организма, механизм их действия и расчет

рН: − гидрокарбонатная; − фосфатная; − белковая; − гемоглобиновая-оксигемоглобиновая.

65

6. Кислотно-основное состояние крови. Резервная щелочность крови.


БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Состав, классификация

Механизм действия Уравнение Гендерсона-

Гассельбаха

буферная емкость

влияние концентраци

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМА

Гидрокарбонатная

Фосфатная

Белковая

Гемо

глобиновая

Биологическая роль буферных систем

Кислотно-основное состояние крови

ацидоз

алкалоз

резервная щелочность

66


Нова книга, 2006. – С. 161-177. 2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская


химия. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – С. 77-90. 4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 90-100. ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Приготовление буферных растворов и определение

величин рН. Принцип метода: метод основан на приготовлении буферных растворов с

заданным значением рН. Материальное обеспечение: пробирки, мерные пробирки, карандаш для

стекла; растворы СН3СООН, СН3СООNa, NH4OH, NH4Cl с молярными концентрациями 0,1 моль/л; универсальная индикаторная бумага, стандартная шкала значений рН.

Ход работы: 1. Взять четыре сухие чистые пробирки и поместить их в штатив. 2. Пронумеровать пробирки при помощи карандаша для стекла. 3. При помощи мерной пробирки отмерить раствор уксусной кислоты и

поместить в пронумерованные пробирки следующим образом: №1 – 9мл; №2 – 5мл; №3 – 1мл.

4. Используя сухую мерную пробирку, отмерить раствор натрия ацетата и добавить к СН3СООН соответственно: №1 – 1мл; №2 – 5мл; №3 – 9мл.

5. В пробирку №4 поместить 5мл раствора аммиака, отмеренного при помощи сухой мерной пробирки.

6. Добавить к раствору NH4OH 5мл раствора хлорида аммония. 7. В каждую пробирку внести небольшой кусочек универсальной

индикаторной бумаги. 8. Определить приблизительные значения рН полученных растворов при

помощи стандартной шкалы значений рН. 9. Полученные результаты занести в таблицу. № V(CH3COOH), мл V(CH3COONa), мл рНэксп. рНрасч.1. 9 1 2. 5 5 3. 1 9 V(NH4OH), мл V(NH4Cl), мл рНэксп. рНрасч.

4. 5 5

67

10. Привести расчет теоретических значений рН приготовленных буферных растворов и внести в таблицу полученные результаты ( ;

). 11. Проанализировать соответствие экспериментально установленных и

теоретических рассчитанных величин рН. Опыт №2. Определение буферной емкости ацетатного буферного

раствора. Принцип метода: метод основан на экспериментальном определении

буферной емкости по количеству добавленной щелочи. Материальное обеспечение: мерные пробирки, коническая колба, бюретка,

растворы СН3СООН, СН3СООNa, NaOH с молярными концентрациями 0,1 моль/л, раствор индикатора метилового красного.

Ход работы: 1. Рассчитать объемы растворов уксусной кислоты и натрия ацетата

(СМ=0,1М), необходимые для приготовления буферного раствора с рН=4,75. 2. При помощи мерной пробирки отмерить рассчитанный объем раствора

СН3СООН и внести его в коническую колбу. 3. Отмерить необходимый объем СН3СООNa, добавить к уксусной кислоте

и перемешать. 4. Поместить в коническую колбу 2 капли индикатора метилового

красного. 5. Определить окрашивание раствора. 6. Промыть бюретку раствором натрия гидроксида (3 раза). 7. Заполнить бюретку раствором NaOH с молярной концентрацией

0,1моль/л и довести уровень жидкости до нуля. 8. По каплям, при интенсивном перемешивании, добавлять раствор щелочи

к буферному раствору до изменения окраски (ярко-желтой), которое наблюдается при рН=6,3.

9. Определить объем раствора NaOH, который был использован для титрования.

10. Рассчитать буферную емкость ацетатного буферного раствора. НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Для проведения биохимических исследований необходимо приготовить

буферную систему путем смешивания строго рассчитанных количеств CH3COOH и CH3COONa. Определите тип данного буферного раствора.

A. Кислотный; B. Основной; C. Солевой; D. Амфотерный;

68

E. Изотонический. Задание 2. С целью изучения кинетической активности фермента необходимо задать

кислотность реакционной среды рН≈8 и поддерживать ее на постоянном уровне. Определите вещества, которые могут быть для этого использованы.

A. NH4OH и HCl; B. NH4OH и NH4Cl; C. NH4Cl и HCl; D. NaOH и NH4Cl; E. NaOH и HCl. Задание 3. Для диагностики заболевания необходимо установить кислотно-основное

состояние плазмы крови, которое определяется количественным содержанием компонентов гидрокарбонатно буфера. Укажите уравнения Гендерсона-Гассельбаха которое может быть для этого использовано.

A. ;

B. ;

C. ;

D. ;

E. .

Задание 4. При проведении клинических исследований к образцу мочи больного было

добавлено небольшое количество соляной кислоты. Однако, это не привело к изменению рН, а вызвало увеличение концентрации одного из неорганических компонентов. Определите данный ион.

A. PO43-;

B. HPO42-;

C. HPO4-;

D. H2PO42-;

E. H2PO4-.

Задание 5. Для экспериментального определения содержания ионов Са2+ в образце

консервированной крови методом комплексонометрии, необходимо приготовить аммонийный буфер с максимальной буферной емкостью. Определите тип растворов, необходимо использовать.

A. Разбавленные; B. Минимальной концентрации;

69

C. Насыщенные; D. Пересыщенные; E. Ненасыщенные. Задание 6. Для определения влияния различных факторов на кинетическую активность

фермента карбоангидразы, необходимо приготовить гидрокарбонатный буфер, который моделирует основную буферную систему крови. Определите компоненты данной системы.

A. H2CO3/HCO3-;

B. H2CO3/CO32-;

C. HCO3-/CO3

2-; D. H2CO3/CO2; E. H2O/CO2. Задание 7. Для определения содержания фосфат-ионов в образце крови было

установлено, что рН=7,4. При условии, что , рассчитайте

приблизительное соотношение компонентов фосфатного буфера [HPO4

2-]/[H2PO4-]. A. 0,25; B. 1; C. 2; D. 4; E. 8. Задание 8. Для подтверждения буферного действия растворов альбуминов крови, к

двум образцам были добавлены небольшие количества неорганической кислоты и щелочи. При этом изменение рН не наблюдалось. Определите свойство белков, которое это обусловливает.

A. Растворимость; B. Наличие небелкового компонента; C. Амфотерность; D. Кислотность; E. Основность. Задание 9. При проведении клинического анализа крови пациента после длительного

голодания, было определено рН плазмы, которое приблизительно равнялось 7,3. Определите кислотно-основное состояние крови по данному показателю.

A. Норма B. Ацидоз C. Алкалоз

70

D. Гомеостаз E. Гипоксия Задание 10. Человек, отдыхающий второй день в санатории Прикарпатья, обратился к

врачу с жалобами: легкая усталость, незначительные головокружение, повышенная сонливость. Врач объяснила, что данные симптомы вызваны гипервентиляцией, которая обусловливает изменение резервной щелочности крови. Укажите примерное содержание СО2 (объем. %) в крови.

A. 20; B. 50; C. 60; D. 70; E. 80. Эталоны ответов. 1 – А; 5 – C; 9 – В; 2 – В; 6 – А; 10 – A. 3 – D; 7 – D; 4 – E; 8 – С;


В начале занятия осуществляется определение уровня самостоятельной

подготовки студентов к занятию при помощи фронтального опроса. Следующим этапом является решение обучающих задач по теме «Буферные

растворы». Далее выполняется лабораторная работа с использованием приведенной инструкции.

После завершения лабораторной работы, происходит анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения вопросов относительно классификации буферных систем, механизма их действия, расчета величин рН, влияния процессов растворения и концентрирования на величину рН, определение буферной емкости. Также рассматриваются буферные растворы биологических систем организма, особое внимание уделяется системам крови.

Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме «Буферные растворы» с использованием тестов формата А.

После завершения тестового контроля, студенты оформляют протокол лабораторной работы, в который вносят результаты экспериментального определения и расчета величин рН буферных растворов, а так же расчет буферной емкости ацетатного буфера.

Занятие заканчивается подведением итогов работы и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля, осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.

71

КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. К коллигативным свойствам растворов, т.е. свойствам, зависящим от

количества частиц, относятся осмотическое давление, диффузия, понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с чистым растворителем. Осмотическое давление обеспечивает упругость и эластичность тканей. Коллигативные свойства физиологических, гипертонических и гипотонических растворов связаны с их клиническими свойствами. В медицинской практике используется криометрический метод определения осмотического давления по понижению температуры замерзания раствора называют депрессией. Определение депрессии крови, лимфы, мочи позволяет рассчитывать «осмотическую» концентрацию, которую невозможно определить другими методами.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь интерпретировать коллигативные свойства растворов, которые

используются в медицине и биологии. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Идентифицировать явление осмоса и его биологическое значение. 2. Интерпретировать зависимость осмотического давления согласно закона

Вант-Гоффа. 3. Интерпретировать явления, которые наблюдаются с живой клеткой, в

растворах с различной осмотической концентрацией. 4. Рассчитывать по депрессии точки замерзания растворов осмотическое

давление. 5. Рассчитывать моляльную концентрацию и молярную массу растворов. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Диффузия в растворах. Коллигативные свойства разбавленных

растворов. Первый закон Рауля. 2. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. 3. Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов.

Изотонический коэффициент. 4. Изотонический, гипертонический и гипотонический растворы и их

применение в медицине. 5. Биологическое значение коллигативных свойств растворов. Гемолиз и

плазмолиз.

72


Понятие о коллигативных свойствах растворов

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения

растворов.

Осмос. Осмотическое давление.

Закон Вант-Гоффа

Гипо-, гипер-, и изото-нические растворы

Закон Рауля Изотонический коэффициент

Плазмолиз, гемолиз

Эбулиоскопия, криоскопия Определение степени диссоциации и осмотического

давления электролитов

Физиологический раствор

Определение молекулярный массы и осмотического

давления

Значение коллигативных свойств растворов в биологии и медицине

73





Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 33-44. ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Инструкция к практическому занятию.

РЕШЕНИЕ ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ. Задача 1. В медицинской практике для компенсации больших потерь крови больному

вводят физиологический раствор. Определите, сколько граммов соли NaCl потребуется для приготовления 200 мл физиологического раствора (плотность раствора принять равной 1 г/мл).

Эталон решения: Метод основан на понятии о физиологическом растворе и концентрациях

растворов. 1. Что такое физиологический раствор? Физиологический раствор должен иметь такое же осмотическое давление,

как и кровь, то есть быть изотоничным крови. В качестве такого раствора в клинической практике используется 0,9%

раствор NaCl 2. Для приготовления 200 мл 0,9% раствора NaCl используем понятие о

процентной концентрации, которая определяется по формуле:

3. Массу раствора определяем по формуле:

где ρ – плотность р-ра, г/мл. В условии задачи ρр-ра = 1 г/мл, следовательно:

4. Для приготовления 200 мл физиологического раствора потребуется:

74

Задача 2. Общая осмотическая концентрация в плазме крови в норме составляет 0,3

моль/л. Рассчитайте осмотическое давление плазмы крови при t° = 25°C Эталон решения: Метод основан на законе Вант-Гоффа. 1. Для определения осмотического давления записываем уравнение Вант-

Гоффа:

где С – молярная концентрация, моль/л; R – универсальная газовая постоянная, R=0,082 атм∙л∙моль-1∙К-1; Т – абсолютная температура, К. 2. Для биологических жидкостей введено понятие осмотической

концентрации. Она определяется суммарной концентрацией всех частиц в жидкости и используется для расчета Росм вместо молярной концентрации.

3. Рассчитываем осмотическое давление крови при 25°С

4. Осмотическое давление крови при 25°С ниже нормы (норма 7,7 атм) Задача 3. Осмотическое давление плазмы крови в среднем равно 7,7 атм. Рассчитайте

депрессию температуры замерзания крови при t° = 37°C Задача 4. Рассчитать молярную концентрацию раствора глюкозы для внутривенного

введения. Осмотическое давление крови 7,7 атм.


ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Перемещение веществ в клетку осуществляется при помощи осмоса.

Укажите, наличие каких двух факторов является причиной возникновения осмоса:

A. Несмешивающиеся жидкости, разделенные ППМ; B. Растворы с одинаковой концентрацией, разделенные ППМ; C. Растворы с разной молярной концентрацией, разделенные ППМ; D. Растворы с разными несмешивающимися растворителями; E. Растворы, разделенные стеклянной перегородкой.

75

Задание 2. Явление гемолиза наблюдается в растворах определенной концентрации.

Укажите процентное содержание раствора NaCl, в котором будет наблюдаться гемолиз.

A. 12 B. 10 C. 5 D. 0,9 E. 0,1 Задание 3. Для расчета осмотического давления растворов электролитов вводится

изотонический коэффициент i. Укажите фактора, который определяет величину данного коэффициента.

A. Молекулярная масса вещества; B. Температура замерзания раствора; C. Природа растворителя; D. Степень диссоциации растворенного вещества; E. Осмотическое давление. Задание 4. Вычислите осмотическое давление Концентрация раствора NaCl равна 0,1

моль/л при t° = 25°C (R = 0,082). Вычислите осмотическое давление данного раствора.

A. 11,52; B. 6,73; C. 4,89; D. 1,29; E. 1,24. Задание 5. Осмотическое давление одна из важнейших характеристик водных

растворов. Укажите раствор с наибольшим осмотическим давлением. A. 0,1М глюкозы; B. 0,1М уксусной кислоты; C. 0,1М хлорида кальция; D. 0,1М хлорида натрия; E. 0,1М белка. Задание 6. Раствор NaCl является изотоничным крови (Росм крови = 7,7 атм; R = 0,082).

Укажите его молярную концентрацию. A. 0,41; B. 0,32; C. 0,25;

76

D. 0,23; E. 0,15. Задание 7. Гипертонические растворы солей MgSO4 и Nа2SO4 применяются в качестве

слабительных средств. Укажите, какое уравнение можно использовать для расчета осмотического давления в растворе Nа2SO4.

A. P = CRT; B. P = 2CRT; C. P = 3CRT; D. P = 4CRT; E. P = 5CRT. Задание 8. Температура кипения раствора описывается следствием из закона Рауля.

Укажите, как изменяется tкип физиологического раствора (0,9% раствора NaCl), если увеличить концентрацию соли в нем.

A. Вначале повысится; B. Понизится, а потом понизится; C. Повысится; D. Не изменится; E. Повыситься или понизиться в зависимости от природы растворителя. Эталоны ответов. 1 – C; 5 – C; 2 – E; 6 – E; 3 – D; 7 – C; 4 – C; 8 – C.


Вначале занятия осуществляется проверка уровня подготовки студентов к

занятию путем фронтальной беседы. После этого студенты решают ситуационные задачи по теме

«Коллигативные свойства растворов». В процессе решения задач разбирается теоретический материал. Обращается особое внимание на медико-биологическое значение явления осмоса и применение растворов с различной осмотической концентрацией в клинической практике.

Следующим этапом является проведение тестового контроля знаний по теме «Коллигативные свойства растворов» с использованием тестов формата А. Занятие заканчивается подведением итогов и объявлением результатов тестового контроля.

77

ОСМОС И ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Осмос имеет большое значение для растительных и животных организмов,

способствуя оводнению клеток и межклеточных структур. Осмотическое давление обуславливает тургор клеток. Осмотическое давление плазмы крови человека характеризуется постоянством и равно 7,7 атм.

Для возмещения больших потерь крови и при сильном обезвоживании внутривенно вводят физиологические растворы, изотоничные крови. Гипертоничные растворы применяются для обработки ран, при аллергических реакциях. В организме осмотическое давление является важным фактором, определяющим распределение воды и питательных веществ между органами и тканями.

В медицинской практике используется криометрический метод определения осмотического давления по понижению температуры замерзания растворов.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь определять осмотическое давление растворов по депрессии

температуры замерзания, а также рассчитывать осмотическую концентрацию растворов и молекулярную массу вещества.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Определять депрессию температуры замерзания растворов. 2. Рассчитывать молярную, моляльную и массовую долю раствора. 3. Определять осмотическое давление растворов с помощью депрессии

температуры замерзания этого раствора. 4. Рассчитывать молекулярную массу растворенного вещества. 5. Интерпретировать значение осмотического давления в биологии и

медицине. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Осмос. Осмотическое давление в растворах электролитов и

неэлектролитов. 2. Осмотическое давление плазмы крови. Онкотическое давление. 3. Второй закон Рауля. Зависимость температуры замерзания и кипения от

концентрации растворов и природы растворителя. 4. Криометрия и эбулиометрия и их использование в медико-

биологических исследованиях. 5. Биологическая роль осмоса и осмотического давления в биологических

системах.

78


ОСМОС И ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Закон Вант - Гоффа

Гипо-, гипер- и изотонические растворы

Закон Рауля Гемолиз, плазмолиз

Криометрическое определение осмотического

давления

Физиологический раствор

Определение моляльной концентрации и

молекулярной массы.

Расчет % концентрации физиологического раствора

Значение осмоса и криометрических методов исследования в биологии и

медицине

79



химия: учебник. – К.: Медицина, 2008. – С. 126-141, 331-335. Дополнительная литература. 3. Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я. Цыганенко. Биофизическая



Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опит №1. Определение температуры замерзания исследуемого

раствора. Принцип метода: метод основан на способности растворов замерзать при

более низкой температуре по сравнению с чистым растворителем. Материальное обеспечение: стакан с охлаждающей смесью льда с солью,

химический термометр, пробирка, пипетка, исследуемый раствор электролита, дистиллированная вода.

Ход работы: 1. Готовят охлаждающую смесь в стакане, состоящую из льда с солью

NaCl. 2. Пробирку заполняют исследуемым раствором и помещают в неё

термометр. 3. Погружают пробирку в охлаждающую смесь. 4. С помощью термометра исследуемый раствор в процессе охлаждения

перемешивают. 5. При появлении в растворе первых кристалликов льда по шкале

термометра определяют температуру замерзания раствора ( t°зам). 6. Аналогично определяют температуру замерзания чистого растворителя

– дистиллированной воды. Опыт №2. Определение осмотического давления и молярной массы

исследуемого вещества на основании полученных экспериментальных данных.

Принцип метода: метод основан на законе Рауля и законе Вант-Гоффа. Материальное обеспечение: стакан с охлаждающей смесью льда с солью,

химический термометр, пробирка, пипетка, исследуемый раствор электролита, дистиллированная вода.

Ход работы: 1. Рассчитывают понижение температуры замерзания раствора Δtзам:

Δtзам = tзам воды – tзам р-ра

80

2. Определяют моляльную концентрацию (Сm) исследуемого раствора, исходя из закона Рауля:

Δtзам = i·Cм·Kводы, где Kводы = 1,86;

изотонический коэффициент і = 2. 3. Осмотическое давление исследуемого раствора при комнатной

температуре определяют по закону Вант=Гоффа:

для разбавленных растворов молярную концентрацию СM можно считать приблизительно равной моляльной концентрации Cm.

4. Молярную массу растворенного вещества определяют исходя из формулы:

где mв-ва – масса растворенного вещества в одном литре раствора (сообщит преподаватель), г;

Mв-ва – молярная масса растворенного вещества, г/моль. 5. Определите относительную ошибку измерения Mв-ва, узнав у

преподавателя истинную молярную массу растворенного вещества. НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Давление плазмы крови человека характеризуется достаточным

постоянством и связано с движением молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Укажите название данного процесса.

A. Осмос; B. Диффузия; C. Броуновское движение; D. Тепловое движение; E. Химическое взаимодействие. Задание 2. Осмотическое давление крови человека характеризуется достаточным

постоянством. Укажите пределы осмотического давления крови человека в атм. A. 1,7 – 6,7 B. 4,7 – 5,7 C. 7,7 – 8,1 D. 8,8 – 10,8 E. 10,7 – 11,7

81

Задание 3. Для расчета осмотического давления растворов применяется уравнение

Вант-Гоффа. Укажите уравнение, по которому можно рассчитать осмотическое давление раствора хлорида натрия.

A. Pосм. = CRT; B. Pосм. = αCRT; C. Pосм. = iCRT; D. Pосм. = iC(R + T); E. Pосм. = (i + α)CRT. Задание 4. Осмотическое давление крови обусловлено большим количеством ионов

низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений. Укажите раствор электролита, в котором будет максимальное осмотическое давление при одинаковой молярной концентрации.

A. NaCl; B. KCl; C. CaCl2; D. AlCl3; E. Ca(NO3)2. Задание 5. Гемолиз эритроцитов наблюдается в определенном растворе NaCl. Укажите

процентную концентрацию этого раствора. A. 0,4 B. 0,9 C. 9 D. 10 E. 12 Задание 6. Осмотическое давление в организме обуславливает тургор клеток. Укажите

фактор, от которого зависит осмотическое давление в этом случае. A. Активная кислотность; B. Электропроводность; C. Массовая концентрация; D. Число молей; E. Природа растворителя. Задание 7. Для лечения гнойных ран используют раствор хлорида натрия

соответствующей концентрации. Укажите необходимую концентрацию данного раствора в процентах.

A. 0,1 B. 0,5 C. 0,85 D. 0,9 E. 2

82

Задание 8. Для расчета Росм крови вводится изотонический коэффициент. Укажите

фактор, который определяет данную величину. A. Молекулярная масса; B. Температура замерзания; C. Природа растворителя; D. Степень диссоциации; E. Осмотическое давление. Задание 9. Явление плазмолиза наблюдаются в растворах с различной концентрацией

солей. Укажите процентную концентрацию раствора NaCl, в котором будет наблюдаться это явление.

A. 0,05 B. 0,1 C. 0,2 D. 0,9 E. 2 Задание 10. В 1 л раствора неэлектролита растворено 0,05моль вещества при 35°С (R =

0,082). Укажите осмотическое давление этого раствора. A. 1,56; B. 1,45; C. 1,30 D. 1,26; E. 1,25. Эталоны ответов. 1 – A; 5 – A; 9 – C; 2 – C; 6 – D; 10 – D. 3 – C; 7 – E; 4 – D; 8 – D;


ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ. В начале занятия осуществляется проверка уровня подготовки студентов к

занятию путем фронтальной беседы. После этого студенты решают учебные задачи по теме «Осмос.

Осмотическое давление». Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части студенты рассчитывают все величины, указанные в методике и оформляют протокол лабораторной работы.

После завершения лабораторной работы проводится анализ и коррекция знаний студентов, обращается внимание на медико-биологическое значение данной темы.

83

Следующим этапом является проведение тестового контроля знаний по теме «Осмос. Осмотическое давление» с использованием тестов формата А. Занятие заканчивается подведением итогов и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля и осуществляется проверка протоколов лабораторной работы.

ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Все химические реакции сопровождаются энергетическими эффектами:

выделением или поглощением тепла, света, энергии. Термодинамика изучает взаимные превращения различных видов энергии, отвечает на вопрос о возможности и направлении процессов, рассчитывает их тепловые эффекты.

Превращение энергии в биологических системах изучает биоэнергетика – раздел химической термодинамики, базирующийся на положениях, согласно которым ко всем живым системам можно применять законы термодинамики. Живая клетка организма в целом является открытой термодинамической системой, в которую беспрерывно поступают и выводятся вещества, а также осуществляется обмен энергии с окружающей средой. Ведь процессы обмена веществ в жизнедеятельности клетки связаны с преобразованием энергии. Актуальным является также рассмотрение термодинамических основ таких физиологических явлений, как устойчивость и надежность организмов, их реакции на внешние и внутренние сигналы, адаптации организмов к изменяющимся условиям среды, к заболеваниям и к применяемым при этом лекарственным препаратам.

В последние годы методы биоэнергетики применяются при исследовании таких биохимических процессов, как тканевое дыхание, фотосинтез, гликолиз, а так же при изучении некоторых физиологических процессов на клеточном уровне. Сравнение биоэнергетики здоровых и больных клеток позволяет изучать различные патологические явления, разрабатывать диагностику и методы лечения некоторых заболеваний на ранних стадиях.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь трактовать химические и биохимические процессы с позиции

тепловых эффектов и использовать термодинамические функции для определения направления процессов.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ. УМЕТЬ: 1. Интерпретировать энергетику химических и фазовых преобразований;

термодинамические понятия: система, состояние, свойства, параметры и функции состояния; термодинамические процессы.

84

2. Интерпретировать законы термодинамики и термохимии (I, II законы, закон Гесса).

3. Интерпретировать уменьшение функции состояния, как условие и критерий протекания самопроизвольного процесса, который идет с выделением энергии.

4. Интерпретировать использование термохимических расчетов для энергетической характеристики и направления протекания биохимических процессов.

5. Трактовать роль химической термодинамики и энергетики в биологических системах и медицинской практике.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Энергетика химических и фазовых преобразований. Термодинамические

системы, параметры и функции состояния. Термодинамический процесс. 2. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия.

Тепловой эффект изохорного и изобарного процессов. 3. Термохимические уравнения, их особенности. Закон Гесса и следствия

из него. 4. Термохимические расчеты для энергетической характеристики

биохимических процессов и оценки калорийности продуктов питания. 5. Второй закон термодинамики. Энтропия, как мера неупорядоченности

системы. Уравнение Больцмана. Термодинамические потенциалы: энергия Гиббса, энергия Гельмгольца.

6. Термодинамические условия равновесия. Критерии направления самопроизвольно протекающих процессов.

7. Термодинамика открытых систем. Экзэргонические и эндэргонические процессы в организме. Макроэргические соединения.

85

2. ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ.

Экзэргонические реакции

Эндэргонические реакции

Метод калориметрии

Условия и критерии самопроизвольно протекающих процессов

Энтропия

ТД СИСТЕМЫ ТД СОСТОЯНИЕ ТД ПРОЦЕСС

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

ТЕРМОДИНАМИКА (ТД)

Биоэнеогетика. Макроэргические соединения. Энергетическая ценность пищевого рациона.

Откры

тые

Закрытые

Изолированные

Параметры

системы

(t,

P, V

, C)

Энтальпия

Гомо

генные

Гетерогенные

Функции

состояния

(H, S

, G, F

)

Изотерм

ический

Изобарный

Изохорный

Обратим

ый

Необратим

ый

II ЗАКОН ТД ЗАКОН ГЕССА I ЗАКОН ТД

Следствия из закона

Энергия Гиббса (изобарно-изотермический

потенциал

Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический

потенциал)

Внутренняя

энергия

Уравнение

Больцм

ана

86

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. Основная литература. 1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця: Нова

книга, 2006. – С. 366-418. 2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская

химия: учебник. – К.: Медицина, 2008. – С. 59-80. Дополнительная литература. 3. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 126-139. 4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для ВУЗов. – М.:

Высшая школа, изд. центр «Академия», 2001. – С. 175-197. 5. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 10-20. 6. Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я. Цыганенко. Биофизическая

химия. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – С. 8-37. ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Определение теплоты реакции нейтрализации гидроксида

натрия с уксусной кислотой. Принцип метода: метод основан на определении количества теплоты,

выделившейся в процессе экзотермической реакции. Материальное обеспечение: калориметр, термометр на 0-50°С с ценой

деления 0,1°, воронка, мерные цилиндры объемом 50 и 100мл, химический стакан объемом 200-250мл, растворы: гидроксида натрия (0,5М), уксусной кислоты (0,5 М).

Ход работы: 1. Отмерьте цилиндром 100 мл 0,5М раствора гидроксида натрия. 2. Поместите содержимое в калориметрический стакан. 3. Измерьте температуру раствора в стакане (Т1). 4. Отмерьте цилиндром 100 мл 0,5М раствора уксусной кислоты. 5. Быстро, без потерь, добавьте кислоту к раствору щелочи. 6. Перемешайте раствор и измерьте его максимальную температуру (Т2). 7. Вычислите тепловой эффект реакции нейтрализации:

NaOH + СН3СООН ↔ СН3СООNa + Н2О

где V – общий объем раствора кислоты и щелочи, мл; ρ – плотность раствора соли (СН3СООNa) – 1,008г/мл; ∆Т – разница температур Т2-Т1; С – удельная теплоемкость раствора, равна 0,976 Дж/(г·К); 20 – коэффициент пересчета теплоты реакции на 1 моль; 0,001 – коэффициент пересчета в кДж.

87

8. Вычислите относительную ошибку опыта, если известно, что теплота нейтрализации ∆Ннейтр. слабой одноосновной кислоты сильным одноосновным основанием – величина переменная. Объяснить наличие относительной ошибки опыта.

9. Напишите термохимическое уравнение реакции. НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ. Задание 1. Термодинамика изучает свойства различных термодинамических систем

и происходящие в них процессы. Определите систему, осуществляющую обмен с другими системами только энергией.

A. Изолированная; B. Закрытая; C. Равновесная; D. Открытая; E. Гетерогенная. Задание 2. Организм человека − это открытая термодинамическая система. В каждый

момент времени состояние системы характеризуется термодинамическими параметрами, которые не зависят от предшествующего состояния системы. Укажите один из таких параметров.

A. Внутренняя энергия; B. Свободная энергия Гиббса; C. Температура; D. Энтальпия; E. Энтропия. Задание 3. Все биохимические процессы в организме человека протекают при

постоянном давлении. Укажите тип такого процесса. A. Изотермический; B. Изохорный; C. Изобарный; D. Равновесный; E. Адиабатический. Задание 4. Первый закон термодинамики является отображением всеобщего принципа

сохранения энергии. Укажите математическое выражение этого закона. A. ΔH = ΔU + A; B. Q = ΔU + A; C. ΔG = ΔH − TΔS;

88

D. ΔS = ΔQ/T; E. ΔG = ΔG° + R T lnKp. Задание 5. Внутренняя энергия – это полная энергия системы (за исключением

потенциальной и кинетической энергии), состоящая из энергии движения молекул, энергии межмолекулярного взаимодействия, энергии движения атомов в молекулах и т.п. Укажите уравнение, которое используется для расчета данной величины.

A. ΔU = pΔV − ΔH; B. ΔU = ΔH − pΔV; C. ΔU = ΔS − ΔH; D. ΔU = ΔH + pΔV; E. ΔU = ΔG − pΔV. Задание 6. Максимальная калорийность пищевых продуктов вычисляется на основании

методов термохимии путем определения теплоты сгорания продуктов в специальном приборе. Укажите название данного прибора.

A. Осмометр; B. Спектрофотометр; C. Вискозиметр; D. Калориметр; E. Калориметрическая бомба. Задание 7. Закон Гесса позволяет рассчитывать тепловые эффекты реакций,

протекающих в животных и растительных организмах. Укажите уравнение, отвечающее следствию из данного закона.

A. Q = ΔU + A; B. ΔHреакции = ΔU + A; C. S = ΔQ/T; D. ΔHреакции = ∑ΔHпрод - ∑ΔНисх.; E. S = k ln W. Задание 8. Второй закон термодинамики отражает факторы, определяющие

направление и глубину протекания химических реакций. Укажите, для каких систем применим данный закон.

A. Изолированных, гетерогенных; B. Закрытых, гомогенных; C. Открытых, гетерогенных; D. Закрытых, гетерогенных; E. Открытых, гомогенных.

89

Задание 9. В реальных системах термодинамический процесс может сопровождаться и

увеличением, и уменьшением энтропии. Укажите, при каком из процессов данная характеристика уменьшается.

A. Плавления; B. Испарения; C. Полимеризации; D. Диссоциации; E. Возгонки. Задание 10. Необратимые процессы старения организма связаны с изменением

энтропии. Укажите тип данной энергии. A. Связанная; B. Внутренняя; C. Свободная энергия Гиббса; D. Рассеянная; E. Полная энергия системы. Задание 11. Изменение свободной энергии Гиббса (ΔG) − это максимальная работа,

которую организм выполняет за определенное время. Укажите уравнение, при помощи которого можно рассчитать данную термодинамическую функцию.

A. ΔG = TΔS − ΔH; B. ΔG = TΔS + ΔH; C. ΔG = ΔU − ΔH; D. ΔG = ΔH − ΔU; E. ΔG = ΔH − TΔS. Задание 12. Перекись водорода, применяемая в медицинской практике в качестве

антисептика, неустойчивое соединение, медленно разлагающееся под действием света. Укажите термодинамическую функцию, которая может служить критерием данного процесса при постоянной температуре и объеме.

A. Энтальпия; B. Энергия Гельмгольца; C. Энергия Гиббса; D. Энтропия; E. Внутренняя энергия. Задание 13. В биоэнергетике при изучении биохимических реакций принято

пользоваться значениями ΔG° при рН = 7. Процессы дыхания, усвоения пищи протекают при ΔG < 0. Укажите название таких реакций в биохимии.

90

A. Эндэргонические; B. Гомогенные; C. Обратимые; D. Экзэргонические; E. Эндотермические. Эталоны ответов. 1 – B; 5 – B; 9 – C; 13 – D. 2 – C; 6 – E; 10 – D; 3 – C; 7 – D; 11 – E; 4 – B; 8 – A; 12 – B;


ПРАКТИЧЕСКОМ ЗАНЯТИИ. В начале занятия осуществляется определение уровня подготовки студентов

к занятию путем проведения фронтального опроса студентов. После этого студенты решают обучающие задачи по теме «Тепловые

эффекты химических реакций. Химическая термодинамика». Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части, студенты оформляют протокол лабораторной работы, в который вносят данные, полученные при проведении эксперимента, и проводят соответствующие расчеты.

После завершения лабораторной работы проводится анализ и коррекция знаний студентов путем рассматривания основных законов термодинамики, свойств различных систем и процессы, происходящие в них, термодинамические потенциалы для энергетической характеристики биохимических реакций

Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме «Тепловые эффекты химических реакций. Химическая термодинамика» с использованием тестов формата А.


91

КИНЕТИКА БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Все процессы, которые происходят вокруг нас и внутри нас, идут с

преобразованием энергии и с разной скоростью. Большое практическое значение химической кинетики состоит в том, что она разрешает определять, возможен или невозможен тот или иной процесс, и в каких условиях он происходит.

Положения химической кинетики, которая изучает скорости и механизмы реакций, с большим успехом применяются для изучения биохимических процессов. Кинетика ферментативных процессов играет большую роль в живой природе и нужна студентам для следующих дисциплин: биохимии, фармакологии, физиологии.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь объяснять механизмы и скорости биохимических процессов,

которые происходят в организме человека. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Интерпретировать гомогенные и гетерогенные реакции, порядок и

молекулярность реакций. 2. Рассчитывать скорость химических реакций на основании закона

действующих масс и при изменении температуры. 3. Интерпретировать константу скорости реакции, её физический смысл. 4. Интерпретировать понятие энергии активации, теорию активных

столкновений, уравнение Аррениуса. 5. Интерпретировать гомогенный и гетерогенный катализ, понятие о роли

ферментов в организме. 6. Трактовать константу равновесия на основании закона действующих

масс для равновесной системы и направление смещения равновесия по принципу Ле-Шателье.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Предмет изучения химической кинетики. Определение и

математическое выражение скорости реакции. Порядок и молекулярность реакций.

2. Факторы, влияющие на скорость реакции: концентрация, температура. Закон действующих масс. Константа скорости. Правило Вант-Гоффа.

3. Теория активных столкновений. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.

92

4. Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятие о ферментативном катализе в биологических системах.

5. Необратимые и обратимые реакции. Закон действующих масс для состояния химического равновесия. Направление смещения равновесия по принципу Ле-Шателье.


Нова книга, 2006. – С. 420-428; 434-441; 457-459; 462-467; 476-477. 2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская

химия: учебник – К.: Медицина, 2008. – С. 82-105. Дополнительная литература. 3. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія.

Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С. 140-156. 4. Л.П. Садовничая, В.Г. Хухрянский, А.Я. Цыганенко. Биофизическая


Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 101-109; 115-131. 6. Н.И. Михайличенко. Общетеоретические основы химии. – К.: Высшая

школа, 1979. – С. 140-178.

93


Закон действующих

масс

Правило Ле- Шательє

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Константа равновесия

классифи

кация

гомогенные

порядок реакций

молекулярность

гетерогенные

классифи

кация катализ

гомогенный

гетерогенный

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Химические реакции

Теория активных

столкновений

Факторы

, влияю

щие

на

скорость

скорость реакции

давление

температура

концентрация

катализаторы

закон действующих масс

константа скорости

правило Вант-Гоффа

ферменты

94

ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия.

Опыт №1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации Принцип метода: метод основан на определении времени образования

опалесценции, обусловленной образованием серы в ходе реакции: Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O

Материальное обеспечение: секундомер, штатив с пробирками, пипетки, растворы: серной кислоты (2М), тиосульфата натрия (0,01М).

Ход работы: 1. Приготовьте три раствора тиосульфата натрия разных концентраций.

Для этого в три сухие пробирки внесите: 1) в первую: 4 капли 0,01М раствора Na2S2O3 и 8 капель воды; 2) во вторую: 8 капель 0,01М раствора Na2S2O3 и 4 капли воды; 3) в третью: 12 капель 0,01 М раствора Na2S2O3.

2. В первую пробирку добавьте 1 каплю 2М раствора H2SO4. Одновременно включите секундомер.

3. Определите время от момента добавления кислоты до появления в растворе заметной опалесценции.

4. Проведите аналогичные опыты со 2-ой и 3-ей пробирками. 5. Заполните таблицу:

№ пробирки Концентрация Na2S2O3, относительные единицы

Время прохождения реакции, сек V= 1/t, с-1

1. 1/3 2. 2/3 3. 1

6. Начертите график зависимости скорости реакции от концентрации

реагирующих веществ. На оси абсцисс отложите концентрации Na2S2O3, на оси ординат – соответствующие им скорости: V=1/t, с-1, где t – время прохождения реакции.

7. Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от концентрации.

Опыт №2. Влияние температуры на скорость реакции Принцип метода: метод основан на правиле Вант-Гоффа об увеличении

скорости реакции в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 10 градусов.

Материальное обеспечение: термометр на 100°С, стакан объемом 100 мл с крышкой, в которой имеются отверстия для пробирок и термометра, пипетки, секундомер, растворы: серной кислоты (2М), тиосульфата натрия (2М).

Ход работы: 1. В три пробирки внесите по 10 капель 1М раствора H2SO4. 2. Вставьте пробирки в отверстия крышки стакана с водой. 3. Измерьте температуру воды и добавьте в одну из пробирок 1 каплю 2М

раствора H2SO4.

95

4. Определите время до появления в растворе заметной опалесценции. 5. Добавьте горячей воды в стакан до повышения температуры на 10°С. 6. Добавьте во вторую пробирку 1 каплю 2М раствора H2SO4. 7. Определите время протекания реакции. 8. Повысьте температуру еще на 10°С. 9. Аналогично проведите опыт в третьей пробирке. 10. Постройте график зависимости скорости реакции от температуры. 11. Сделайте соответствующий вывод. Опыт №3. Влияние концентраций реагирующих веществ на

химическое равновесие Принцип метода: метод основан на принципе Ле-Шателье о сдвиге

равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ. Материальное обеспечение: штатив с пробирками, пипетки, стеклянные

палочки, растворы: хлорида железа (III) (0,00254М), роданида калия (0,0025М), насыщенные растворы хлорида железа (III) и роданида калия, кристаллический хлорид калия.

Ход работы: 1. В четыре пробирки внесите по 5-7 капель 0,0025М раствора FeCl3 и

добавьте в них по 5-7 капель 0,0025М раствора KCNS. 2. Содержимое пробирок перемешайте стеклянной палочной. 3. Одну пробирку оставьте для сравнения (контроль). 4. В остальные пробирки добавьте: в первую – 1 каплю насыщенного

раствора FeCl3; во вторую – 1 каплю насыщенного раствора KCNS; в третью – несколько кристаллов KCl.

5. Сравните интенсивность окраски растворов с раствором в контрольной пробирке.

6. Напишите уравнение обратимой реакции. 7. Напишите выражение для константы равновесия. 8. Заполните таблицу:

№ пробирки

наблюдение за изменением интенсивности окраски при добавлении направление

смещения равновесия насыщенного

раствора FeCl3 насыщенного раствора KCNS кристаллов KCl

1. 2. 3.

контроль

96

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

Задание 1. В организме человека реакция окисления этанола идет по уравнению:

С2Н5ОН + О2 → СН3СООН+ Н2О Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию исходных

веществ в 5 раз? A. Уменьшится в 5 раз; B. Уменьшится в 10 раз; C. Увеличится в 10 раз; D. Увеличится в 5 раз; E. Увеличится в 25 раз. Задание 2. Под влиянием ферментов сахароза в организме человека превращается в

глюкозу и фруктозу. Как изменится скорость этой реакции при увеличении температуры на 20°С (γ = 3)?

A. Уменьшится в 3 раза; B. Уменьшится в 9 раз; C. Увеличится в 6 раз; D. Увеличится в 9 раз; E. Увеличится в 27 раз. Задание 3. Для характеристики смещения равновесия биохимических процессов

пользуются значением величины константы равновесии Кр. Укажите фактор, от которого зависит эта константа.

A. Концентрации реагирующих веществ; B. Давления; C. Катализатора; D. Энергии активации; E. Природы реагирующих веществ и температуры.

Задание 4. В организме человека окисление глюкозы протекает по уравнению

С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + Н2О Укажите кинетическое уравнение скорости этой реакции. A. v= [С6Н12О6] [О2] 6; B. v= K[С6Н12О6] [О2] 6; C. v= K[С6Н12О6] [6О2]; D. v=[ С6Н12О6] [6О2]; E. .

97

Задание 5. В химической кинетике есть такое понятие как порядок реакции. Укажите,

чему равен этот показатель в реакции CuO(т) + H2(г) = Cu(т) + Н2О

A. 0; B. 1; C. 2; D. 3; E. 4. Задание 6. Сероводород, который является ядом для человека, окисляется по реакции

2H2S + ЗО2 ↔ 2SO2 + Н2О Укажите, во сколько раз увеличится скорость этой реакции при повышении

давления в системе в 4 раза. A. 4 B. 64 C. 124 D. 924 E. 1024 Задание 7. Гидрокарбонат натрия, применяющийся в медицине при ацидозе,

подвергается гидролизу по реакции: NaHCO3 + H2O ↔ H2CO3 + NaOH

Определите константу равновесия (Кр) этой реакции на основании закона действующих масс.

A. ;

B. ;

C. ;

D. ;

E. . Задание 8. Скорость реакции увеличивается с повышением температуры. Укажите, во

сколько раз она увеличится при повышении температуры реакции на 30°С , если температурный коэффитиент γ = 3.

A. 3; B. 9; C. 12; D. 27; E. 81.

98

Задание 9. Ферменты – вещества белковой природы, которые управляют всеми

биологическими функциями организма. Укажите температурный оптимум действия этих веществ в живом организме в градусах.

A. 0-10 B. 15-20 C. 35-40 D. 65-70 E. 90-95 Задание 10. Процесс фотосинтеза глюкозы в присутствии природного катализатора –

хлорофилла идет по схеме: 6CO2 + 6H2O ↔ C6H12O6 + 6O2

Укажите кинетическое уравнение этой реакции. A. v = [CO2] 6∙[H2O] 6; B. v = [6CO2]∙[6H2O ]; C. v = k[6CO2]∙[6H2O]; D. v = k[CO2]6∙[H2O]6; E. v = k[CO2]6∙[H2O]. Эталоны ответов. 1 – E; 5 – B; 9 – C; 2 – B; 6 – E 10 – D. 3 – E; 7 – D; 4 – B; 8 – D;


В начале занятия осуществляется проверка подготовки студентов к

самостоятельной работе путем фронтального опроса. Студенты решают обучающие задачи, разбирают и закрепляют теоретический материал: идентифицируют гомогенные и гетерогенные реакции, рассчитывают скорость химической реакции, определяют константу равновесия на основании закона действующих масс.

Далее студенты выполняют самостоятельную работу. Использую инструкцию к лабораторно-практическому занятию, они выполняют опыты и оформляют протокол лабораторной работы.

После завершения лабораторной работы проводится анализ и коррекция знаний студентов. Следующим этапом является проведения тестового контроля знаний студентов по теме «Химическая кинетика. Химическое равновесие» с использованием тестов формата А.

99


СОРБЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Поверхностные явления – это процессы, которые проходят на границе двух

фаз и зависят от особенностей и структуры поверхности. Клетки, которые являются основой строения живых организмов, имеют

очень большую поверхность распределения, на которой происходит большое количество биологических процессов. Взаимодействие ферментов с субстратами, антител с антигенами, поляризация и деполяризация биологических мембран – все эти явления можно объяснить на основе адсорбционных процессов.

В медицине широко применяют адсорбционную терапию. Например, разные адсорбенты используют для связи токсинов, нежелательных веществ, радиоактивных соединений и их вывод из организма. В основе одного из самых современных методов лечения – гемосорбции, очистка крови от токсинов с помощью разных адсорбентов, лежит механизм молекулярной адсорбции. В медицинской практике этот метод применяется при почечной и печеночной недостаточности, при сильных отравлениях. В медицинской практике широко применяются катионообменные смолы для декальцинирования крови с целью ее консервирования. Жидкие ионообменные смолы являются эффективными пролонгаторами некоторых лекарственных соединений, которые слишком быстро разрушаются в жидких средах организма, как большинство антибиотиков. В основе действия пролонгаторов лежит присоединение лекарственного вещества к матрице полимера по ионообменному механизму.

Широкое применение находят иониты в фармацевтической и биохимической промышленности. Это получение и очистка лекарств и биохимически активных веществ. Таким образом, знание свойств поверхностно – активных веществ помогает глубокому изучению биохимических и физиологических процессов, происходящих в организме.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь трактовать особенности строения поверхности раздела фаз, строение

молекул поверхностно – активных веществ, структуру биологических мембран. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Интерпретировать понятия поверхностные явления, поверхностная

энергия, поверхностное натяжение.

100

2. Интерпретировать поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества.

3. Интерпретировать сорбционные процессы. 4. Интерпретировать процесс адсорбции, анализировать влияние

различных факторов на данный процесс. 5. Трактовать роль адсорбции в биологических системах и основы

адсорбционной терапии. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Поверхностные явления. Поверхностная энергия и поверхностное

натяжение на поверхности раздела фаз. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества (ПАВ и ПИВ). Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Шишковского.

2. Сорбционные процессы: адсорбция, абсорбция, хемосорбция. Адсорбенты и адсорбтивы.

3. Адсорбция на поверхности раздела жидкость – газ и жидкость – жидкость. Уравнение Гиббса. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое. Представление о структуре биологических мембран.

4. Адсорбция на поверхности раздела твердое тело – газ. Уравнение Ленгмюра. Физическая и химическая адсорбция.

5. Закономерности адсорбции растворенных веществ, паров и газов. Уравнение Фрейндлиха.

6. Адсорбция ионов. Избирательная и ионообменная адсорбция. Правило Панетта-Фаянса. Ионообменники, их применение.

7. Роль адсорбции и ионного обмена в процессах жизнедеятельности растений и организмов. Физико-химические основы адсорбционной терапии (гемосорбция, плазмосорбция, лимфосорбция, энтеросорбция, аппликационная терапия). Иммуносорбенты.

101

2.ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ.

Адсорбция

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Свободная поверхностная

энергия

Поверхностное

натяжение Адсорбтив

Абсорбция

Поверхностно-активные вещества

Поверхностно-инктивные вещества

Строение молекул ПАВ и

ПИВ

Хемосорбция

Адсорбент

Энергия Гиббса, изотерма адсорбции

Адсорбция

из

растворов

Молекулярная

адсорбция

Ионная

адсорбция

Адсорбционная терапия

(гемосорбция)

Применение ПАВ в медицине

Медико-биологическая роль

сорбционных процессов

102






Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Определение поверхностного натяжения этилового спирта

сталагмометрическим методом. Принцип метода: метод основан на определении массы капли, вытекающей

из сталагмометра, в момент ее отрыва. Материальное обеспечение: сталагмометр, этиловый спирт различных

концентраций: 0,1М, 0,25М, 0,5М, 0,75М, дистиллированная вода, стеклограф, пробирки, груша, фильтровальная бумага.

Ход работы: 1. Поставьте стеклографом граничные метки на сталагмометре. 2. Сталагмометр заполните водой до верхней метки. 3. Дайте воде вытекать из капилляра по каплям. 4. Считайте капли от верхней до нижней метки. 5. Опыт повторите трижды. 6. Рассчитайте среднее значение числа капель (nо). 7. Повторите пункты 2-6 для водных растворов этилового спирта различных

концентраций. 8. Экспериментальные данные внесите в таблицу,

Исследуемые растворы

Число капель Среднее значение

Поверхностное натяжение 1. 2. 3.

Вода C2H5OH 0,1М C2H5OH 0,25М C2H5OH 0,5М C2H5OH 0,75М

9. Рассчитайте поверхностное натяжение растворов спирта σ по формуле:

где σo – поверхностное натяжение воды = 7,3·10-2дж/м2;

103

no и ρo – плотность и число капель воды; n и ρ – плотность и число капель спирта; ρ и ρв – принимаем приблизительно равными 1 г/см3. 10. Постройте график зависимости: σ = f(С) при Т = const. 11. Оформите протокол лабораторной работы НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Из термодинамики известно, что всякая система стремиться обладать

минимальным запасом энергии. Укажите, каким путем можно уменьшить свободную поверхностную энергию гетерогенной системы.

A. Уменьшить поверхностное натяжение; B. Уменьшить концентрацию растворенных веществ; C. Увеличить поверхность раздела фаз; D. Увеличить поверхностное натяжение; E. Прокипятить раствор. Задание 2. Поверхностно-активными свойствами обладают многие органические

соединения. Укажите, какое из указанных соединений имеет наиболее высокую поверхностную активность.

A. Трилон-Б; B. Стеариновая кислота; C. Бутанол; D. Уксусная кислота; E. Фосфорная кислота. Задание 3. Поверхностно-активные вещества обычно обладают низким поверхностным

натяжением. Укажите характерную особенность строения молекул ПАВ. A. Дифильность; B. Малое сродство к воде; C. Хорошая растворимость в воде; D. Отрицательная адсорбция; E. Наличие двух ковалентных связей. Задание 4. Среди процессов происходящих на поверхности раздела фаз в гетерогенных

системах большое значение имеют сорбционные явления. Укажите название вещества, являющееся поглотителем.

A. Сорбент; B. Сорбтив; C. Адсорбтив; D. Абсорбтив;

104

E. Десорбция. Задание 5. Всякая поверхность характеризуется запасом энергии, называемой

поверхностной энергией. Укажите, от какого фактора зависит эта энергия. A. природы растворителя; B. природы растворенного вещества; C. величины площади раздела фаз; D. величины поверхностного натяжения; E. диэлектрической проницаемости. Задание 6. Адсорбция – это изменение концентрации компонентов в поверхностном

слое по сравнению с объемной фазой. Укажите, что происходит при адсорбции на границе раздела фаз.

A. установление адсорбционного равновесия между неподвижной и подвижной фазами;

B. удаление адсорбированных веществ с адсорбентов при помощи растворителей;

C. накопление одного вещества на поверхности другого; D. взаимодействие адсорбента и адсорбтива; E. поглощаемое вещество диффундирует вглубь поглотителя и

распределяется по всему объему. Задание 7. Чем больше радиус иона, тем выше его поляризуемость и тем лучше ионы

адсорбируются. Укажите ион, обладающий наибольшей адсорбционной способностью.

A. Na+; B. Cs+; C. K+; D. Ca2+; E. Al3+. Задание 8. Поверхностно-инактивные вещества хорошо растворимы в воде и

взаимодействие их с растворителем сильнее, чем между молекулами растворителя. Укажите поверхностно-инактивное вещество.

A. Пропановая кислота; B. Метиламин; C. Уксусная кислота; D. Бутанол; E. Серная кислота.

105

Задание 9. Процесс очистки воды при помощи ионитов широко используется в

промышленности. Укажите, от каких ионов можно очистить воду при помощи анионитов.

A. Ca2+; B. Na+; C. H3O+; D. HNO2; E. Cl-. Эталоны ответов. 1 – A; 5 – C; 9 – E. 2 – B; 6 – C; 3 – A; 7 – E; 4 – A; 8 – Е;



к занятию при помощи фронтальной беседы. Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с

использованием приведенной инструкции. После завершения практической части, студенты оформляют протокол, в который вносят уравнения проведенных реакций и наблюдаемые при проведении опытов аналитические сигналы.

После выполнения лабораторной работы, студенты выполняют самостоятельную работу путем решения ситуационных задач по теме: «Сорбция биологически-активных веществ на границе раздела фаз. Адсорбция на поверхности жидкости».


Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме: «Сорбция биологически-активных веществ на границе раздела фаз. Адсорбция на поверхности жидкости» с использованием тестов формата А.


106

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. ПОЛУЧЕНИЕ, ОЧИСТКА И СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Окружающий мир – растительные и животные организмы, объекты

неживой природы, продукты питания и т.д. – это дисперсные системы разной степени организации. Изучение свойств и закономерностей процессов, характерных для дисперсных систем, дает возможность познавать саму жизнь. Коллоидное, надмолекулярное и высокомолекулярное состояние организации материи реализуется в процессе эволюции всего живого.

Белки – основа существования живой материи в клетках живых организмов находятся в виде коллоидно-дисперсных систем. Отдельная клетка – это сложная дисперсная система, в которой определенные вещества – минеральные и органические (белки, нуклеиновые кислоты, моно-, ди-, полисахариды, липиды, витамины, гормоны) – с разной степенью дисперсности формируют цито – и кариоплазму, а также органеллы и включения. Среди биологических объектов с разными размерами частичек к дисперсным системам можно отнести: эритроциты крови человека, клиническую палочку, вирус гриппа. Размеры частичек в этих системах отличаются на несколько порядков

Коллоидные системы присутствуют в крови, лимфе спинномозговой жидкости. В коллоидном состоянии находятся также соли кальция, магния, силикаты, жиры, фосфаты, а также холестерин и другие малорастворимые вещества, которые присутствуют в биологических системах.

Электрокинетическое явление такое как электрофорез широко применяется в медицине для разделения и анализа белков, для разделения смесей аминокислоты, антибиотиков, ферментов, антител, форменных элементов крови, бактериальных клеток, для определения чистоты белковых препаратов. С помощью электрофореза осуществляет транспорт лекарственных препаратов через кожу. Введение лекарственных препаратов через кожу создает депо, которое продолжительное время влияет на организм больного человека электрофорез используют в фармацевтической промышленности для очистки различных лекарственных препаратов. Для очистки лекарственных сывороток используют электроосмос.

Диализ используют для очистки растворов белков (ферментов) от примесей низкомолекулярных соединений. По принципу компенсационного диализа работает аппарат «искусственная почка».

Исследование оптических свойств дисперсий имеет большое значение для изучения их структуры, определения концентрации, размеров и формы частичек.

Знания физико – химических свойств коллоидных систем необходимо для изучения последующих дисциплин: биохимии, фармакологии, физиологии, терапии, а также в практической деятельности врача.

107

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь идентифицировать явления диализа, ультрафильтрации,

компенсационного и вивидиализа, как основы понятия физико – химических процессов, которые происходят в коллоидных системах для изучения биологии и медицины.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ УМЕТЬ: 1. Идентифицировать понятие «дисперсные системы» и их

классификацию. 2. Интерпретировать методы получения дисперсных систем. 3. Идентифицировать методы очистки коллоидных систем. 4. Интерпретировать молекулярно-кинетические и оптические свойства

коллоидных систем. 5. Интерпретировать понятия: аэрозоли, эмульсии, суспензии. 6. Трактовать роль дисперсных систем в биологии и медицине. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Дисперсные системы, их классификация по степени дисперсности.

Лиофильные и лиофобные коллоидные системы. 2. Методы получения коллоидных систем. 3. Методы очистки коллоидных систем. Вивидиализ. Гемодиализ и

аппарат «искусственная почка». 4. Свойства дисперсных систем: − молекулярно – кинетические (броуновское движение, диффузия,

осмотическое давление, седиментация); − оптические (опалесценция, уравнение Релея, конус Тиндаля). 5. Аэрозоли, суспензии и пасты. Методы их получения и свойства,

медицинское использование. 6. Эмульсии, методы получения и свойства. Типы эмульсий. Эмульгаторы.

Применение эмульсий в клинической практике. Биологическая роль эмульсий и суспензии.

108


Пептизация

Мельницы

Ультразвук

Электричество

Молекулярно-кинетические свойства

Оптические свойства

Применение эмульсий, суспензий, аэрозолей, порошков, паст в

медицине

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ


по агрегатному состоянию

по межфазному взаимодействию

по степени дисперсности

Дисперсная

фаза

Дисперсионаая

среда

лиоф

ильные

лиоф

обны

е

высоко

-дисперсные

средне

-дисперсные

грубо-

дисперсные

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Диализ

Электродиализ

Ком

пенсацион-

ный диализ

Вивидиализ

Ультрафиьтраци

конденсация диспергирование

Физическая

Хим

ическая

109

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. Основная литература.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця: Нова книга, 2006. – С. 603-615; 618-641; 730-740; 749-758.

2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская химия: учебник. – К.: Медицина, 2008. – С. 252-267; 304-311. Дополнительная литература.


4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 132-152.


Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Получение реакцией гидролиза золя гидроксида железа (III). Принцип метода: основан на химической конденсации. Материальное обеспечение: колба, горелка, дистиллированная вода,

пипетка, раствор хлорида железа (III) (2%), цилиндр. Ход работы: 1. В термостойкую колбу внесите 50 мл дистиллированной воды. 2. Нагрейте воду до 80-900 С. 3. Быстро по каплям, прилейте 10 мл 2% хлорида железа (III) 4. Наблюдайте окраску золя 5. Напишите уравнение реакции получения золя железа (III) 6. Определите тип реакции метода химической конденсации. Опыт №2. Получение золя канифоли. Принцип метода: метод основан на применении физической конденсации. Материальное обеспечение: колба, горелка, дистиллированная вода,

пипетка, цилиндр, воронка, бумажный фильтр, стаканчик, пробирка. Ход работы: 1. В термостойкую колбу внесите 20 мл воды. 2. Нагрейте воду до появления пара. 3. Влейте в колбу 1 мл 1% спиртового раствора канифоли. 4. Наблюдайте образование золя. 5. Вложите бумажный фильтр в воронку и профильтруйте золь от

примесей грубодисперсных частиц. 6. Пробирку с золем поместите на пути луча света. 7. Наблюдайте конус Тиндаля. 8. Укажите метод и тип реакции получения золя. Опыт №3. Получение гидрозоля серы. Принцип метода: метод основан на применении метода химической

конденсации.

110

Материальное обеспечение: колба, пипетка, раствор тиосульфата натрия 0,05 М, фосфорная кислота разбавленная.

Ход работы: 1. В колбу поместите 10 мл. раствора тиосульфата натрия 0,05 М 2. Добавьте 3-4 мл разбавленной фосфорной кислоты 3. Напишите уравнение реакции образования гидрозоля серы 4. Колбу с раствором оставьте на 20-30 мин. 5. Наблюдайте изменение окраски полученного золя Опыт №4. Получение гидрозоля сернокислого бария. Принцип метода: метод основан на применении метода химической

конденсации. Материальное обеспечение: пробирка, раствор серной кислоты, раствор

хлорида бария (2%) 1. В пробирку поместите 2 мл серной кислоты. 2. Добавьте 1-2 капли раствора хлорида бария. 3. Наблюдайте цвет образовавшегося золя. 4. Напишите уравнение реакции. Опыт №5. Пептизация осадка (Fe(OH)3) гидроксида железа (III)

раствором FeCl3. Принцип метода: метод основан на применении метода пептизации. Материальное обеспечение: колба, воронка, фильтровальная бумага,

раствор хлорида железа (10%) пипетка, раствор аммиака (5%) дистиллированная вода.

Ход работы: 1. В колбу поместите 30 мл дистиллированной воды. 2. Добавьте 1 мл 10% раствора хлорида железа (III). 3. К полученному раствору добавьте каплями раствор аммиака (5%). 4. Наблюдайте появление хлопьев в растворе. 5. Добавьте еще немного аммиака, если жидкость над осадком окрашена. 6. Напишите уравнение реакции. 7. Наблюдайте выпадение осадка. 8. В воронку поместите фильтровальную бумагу и отфильтруйте осадок. 9. Осадок на фильтре обработайте раствором хлорида железа (III). 10. Наблюдайте фильтрацию золя гидроксида железа (III). НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. Большинство биологических водных растворов представляют собой

системы, в которых одно вещество, находящееся в раздробленном виде, равномерно распределено в общей массе другого. Дайте название данному понятию.

A. Дисперсная фаза;

111

B. Дисперсионная среда; C. Истинный раствор; D. Дисперсная система; E. Коллоидный раствор. Задание 2. Для диспергирования более крупных частиц до желаемой степени

дисперсности используют определенный метод. Укажите этот метод. A. Метод, в основе которого лежит реакция гидролиза; B. Использование коллоидных и шаровых мельниц; C. Метод, в основе которого лежит ОВР; D. Диализ; E. Метод замены растворителя. Задание 3. Золь канифоли может быть получен некоторым методом.Укажите, какой

метод может быть использован для получения этого золя. A. Коагуляция; B. Денатурация; C. Пептизация; D. Седиментация; E. Метод замены растворителя. Задание 4. Метод пептизации нашел применение в биохимии в работах по

расщеплению сложных белков (пептидов) с помощью фермента пептина. Дайте определение понятию – пептизация.

A. размельчение частиц осадка до отдельных коллоидных частиц при добавлении электролита;

B. укрупнение коллоидных частиц при пропускании электрического тока; C. разделение дисперсной фазы и дисперсной среды под действием

центробежной силы; D. коагуляция золей в пептизаторе при нагревании; E. получение пептидов заданного состава из набора аминокислот. Задание 5. Растительные и животные организмы, многие объекты неживой природы,

продукты питания ─ все это дисперсные системы различной степени организации. Укажите метод, который можно применить для получения коллоидных растворов:

A. электрофорез; B. электроосмос; C. диализ; D. электродиализ; E. диспергирование.

112

Задание 6. Аппарат «искусственная почка» предназначена для временной замены

функции почек при острой почечной недостаточности. Укажите, какой из методов очистки золей лежит в основе этого аппарата.

A. электродиализ; B. ультрафильтрация; C. электроосмос; D. нефелометрия; E. компенсационный диализ. Задание 7. Коллоидные растворы всегда содержат примеси электролитов и других

низкомолекулярных веществ. Укажите, каким методом можно очистить коллоидный раствор от примесей электролитов.

A. электрический метод Бредига; B. электрический метод Фарадея; C. дисперсионный метод; D. диализ; E. конденсационный метод. Задание 8. Для коллоидных растворов также как и для истинных растворов характерны

некоторые молекулярно - кинетические явления. Укажите одно из них. A. растворение; B. диффузия; C. опалесценция; D. дифракция; E. рефракция. Задание 9. Ученый Д. Релей вывел уравнение для интенсивности рассеянного золями

света. Укажите формулу этого уравнения. A. ; B. ;

C. ;

D. ; E. . Задание 10. Взвесь глины в воде представляет собой гетерогенную систему. Укажите

тип данной дисперсной системы. A. суспензия; B. эмульсия;

113

C. аэрозоль; D. истинный раствор; E. пена. Эталоны ответов. 1 – D; 5 – E; 9 – B; 2 – B; 6 – E; 10 – A. 3 – E; 7 – D; 4 – A; 8 – B;


В начале занятия осуществляется определение уровня подготовки студентов к занятию при помощи фронтальной беседы.

Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части, студенты оформляют протокол, в который вносят уравнения проведенных реакций и наблюдаемые при поведении опытов аналитические сигналы. После выполнения лабораторной работы, студенты выполняют самостоятельную работу путем решения ситуационных задач по теме: «Дисперсные системы. Получение, очистка и свойства коллоидных растворов».


Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме: «Дисперсные системы. Получение, очистка и свойства коллоидных растворов» с использованием тестов формата А.

Занятие заканчивается подведением итогов работы и оцениванием знаний студентов: объявляются результаты тестового контроля, и осуществляется проверка протоколов выполненной лабораторной работы.

ЛИОФОБНЫЕ ЗОЛИ И ИХ СВОЙСТВА. КОАГУЛЯЦИЯ. КОЛЛОИДНАЯ ЗАЩИТА.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. К лиофобным дисперсным системам относятся золи благородных металлов,

ряда неорганических соединений, коллоидные растворы крахмала, желатина . Эти системы характеризуются относительно слабым взаимодействием между частичками дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Основной структурной единицей лиофобных золей является мицелла. В соответствии с современными представлениями, мицелла является образованием со сложной структурой: состоит из электронейтрального ядра и ионогенной части. Явление мицеллообразования играет большую роль в жизнедеятельности организма. Мицеллы способны образовывать

114

нерастворимые в воде твердые вещества. Так, например, содержание карбонатов и фосфатов кальция в крови значительно превышает их растворимость в воде, поэтому часть их присутствует в крови в виде мицелл. В таком же состоянии находится в крови нерастворимый в воде холестерин.

Стабилизации этих гидрофобных систем способствуют защитные соединения крови (белки, полисахариды), которые обеспечивают коллоидную защиту. При различных патологических состояниях наблюдается снижение уровня коллоидной защиты жидких сред организма, что приводит к коагуляции фосфатов, карбонатов кальция, холестерина, которые образуют осадки на внутренней поверхности кровеносных сосудов. Вскипание крови, слипание эритроцитов и так называемые «монетные столбики» - процессы аналогичные коагуляции. Растворы некоторых лекарственных препаратов, например, протаргола и колларгола – гидрофобные золи серебра, защищенные белком.

Таким образом, знания свойств лиофобных золей, механизмов коагуляции и «коллоидной защиты» необходимы для изучения ряда общемедицинских и клинических дисциплин, таких как терапия, фармакология, биохимия, клиническая лабораторная диагностика, кардиология.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь интерпретировать строение и свойства лиофобных золей, явления

коагуляции и коллоидной защиты применительно к биологии и медицинской практике.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ. УМЕТЬ: 1. Интерпретировать понятие лиофобных золей, а также основные

положения мицеллярной теории строения лиофобных золей. 2. Интерпретировать виды устойчивости коллоидных растворов, факторы

устойчивости мицеллы лиофобного золя, а также понятие электрокинетического потенциала.

3. Интерпретировать электрокинетические явления в лиофобных золях (электрофорез и электроосмос) применительно к биологии и медицинской практике.

4. Интерпретировать влияние электролитов на физико-химическое состояние коллоидного раствора, исходя из понятий порога коагуляции, коагулирующей способности электролитов, правила Шульце-Гарди.

5. Трактовать применение лиофильных систем с целью стабилизации коллоидных растворов и коллоидной защиты в биологических системах и медицинской практике.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Понятие лиофобных золей. Мицеллярная теория строения лиофобных

золей (мицелла, ядро, ионогенная часть, гранула).

115

2. Агрегативная и кинетическая устойчивость коллоидных растворов. Факторы устойчивости мицеллы лиофобного золя. Электрокинетический потенциал.

3. Электрокинетические явления в золях. Электрофорез. Электроосмос. 4. Коагуляция золей под влиянием электролита. Седиментация. Порог

коагуляции, коагулирующая способность электролитов. Правило Шульце-Гарди.

5. Коллоидная защита, стабилизация коллоидных растворов. Биомедицинское значение коллоидной защиты.

116


Структура

Физико-химические свойства


Лиофобные золи

Мицелла

Ядро Потенциалопределяющие ионы

Противоионы Диффузный слой

Адсорбционный слой

Гранула

Электрокинетический ξ-потенциал

Факторы устойчивости золя

Электрокинетические явления

Электроосмос Электрофорез

Устойчивость

Агрегативная Кинетическая

Коагуляция Седиментация

Коагуляция электролитом

Радиус иона Правило Шульце-Гарди

Порог коагуляции

Коагулирующая способность электролита

Коллоидная защита

Терапия Физиотерапия Фармацевтическая химия

Биохимия Кардиология Хирургия

117

3. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ. Основная литература.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця: Нова книга, 2006. – С. 646-674.

2. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская химия: учебник. – К.: Медицина, 2008. – С. 267-304. Дополнительная литература.


4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. Учебник для ин-тов. – М.: Высш. школа, 1975. – С. 175-187.

5. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.З. Общая химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1993. – С. 491 – 523.


Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Исследование коагуляции золя под влиянием электролитов. Принцип метода: метод основан на способности ионов электролитов

обладать различным коагулирующим действием, которое зависит от величины заряда коагулирующего иона.

Материальное обеспечение: термостойкая колба (V=250 мл), штатив с пробирками, градуированные пипетки, газовая горелка, дистиллированная вода, раствор хлорида железа (ІІІ)(5%), раствор хлорида натрия (NaCl) (2 моль×экв/л), раствор сульфата калия (1/2K2SO4) (0,1 моль×экв/л), раствор гексацианоферрата (ІІІ) калия (1/3K3Fe(CN)6) (0,0005 моль×экв/л).

Ход работы: 1. В термостойкую колбу поместите 100 мл дистиллированной воды (колба

должна быть чистой). 2. Нагрейте до кипения. 3. Добавьте постепенно, при перемешивании в кипящую воду из пипетки

10 мл 5% раствора хлорида железа (ІІІ). 4. Налейте в 4 пробирки по 5 мл полученного золя и поставить в штатив. 5. Оставьте первую пробирку для контроля. 6. Добавьте во вторую пробирку по каплям из градуированной пипетки

раствор хлорида натрия NaCl (2 моль×экв/л) до помутнения, встряхивая пробирку после добавления каждых 3-4 капель.

7. Отметьте количество электролита, необходимого для слабого помутнения золя.

8. Добавьте в третью пробирку по каплям из градуированной пипетки раствор сульфата калия (1/2 K2SO4) (0,1 моль×экв/л) до помутнения, встряхивая пробирку после добавления каждых 3-4 капель.

9. Отметьте количество электролита, необходимое для слабого помутнения золя.

118

10. Добавьте в четвертую пробирку по каплям из градуированной пипетки раствор гексацианоферрата (ІІІ) калия (1/3K3Fe(CN)6) (0,0005 моль×экв/л) до помутнения, встряхивая пробирку после добавления каждых 3-4 капель.

11. Отметьте количество электролита, необходимое для слабого помутнения золя.

12. Полученные результаты внесите в таблицу.

Название электролита

С (1/zХ) моль/л

электролита

Коагулирующий ион электролита

Объём (V) раствора

электролита

Порог коагуляции Ск, ммоль/л

хлорид натрия 2 сульфат калия 0,1

гексацианоферрат (ІІІ) калия 0,0005

13. Составьте мицеллярную формулу полученного золя. 14. Сделайте вывод относительно коагулирующего действия ионов

различных электролитов. 15. Оформите протокол лабораторной работы. НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. При смешивании растворов двух электролитов в неэквивалентных

соотношениях произошло образование коллоидных частиц. Укажите условие, отвечающее начальной стадии данного процесса.

A. Высокая растворимость вещества ядра; B. Малая растворимость вещества ядра; C. Малая растворимость реагентов; D. Высокая растворимость реагентов; E. Присутствие электролита. Задание 2. Лиофобный коллоидный раствор PbSO4 образован в результате смешивания

раствора концентрированной серной кислоты с разбавленным раствором Pb(NO3)2, взятом в избытке. Определить ионы, которые вследствие адсорбции на поверхности ядра, будут сообщать заряд мицелле.

A. NO3-;

B. Pb2+; C. SO4

2-; D. H+; E. OH-.

119

Задание 3. Гидрозоль BaSO4 получен смешиванием 5 мл 1М раствора H2SO4 c 80 мл

0,1М раствора BaCl2. Определить, какие ионы входят в состав диффузного слоя мицеллы данного золя.

A. Ва2+; B. SO4

2-; C. Cl-; D. H+; E. OH-. Задание 4. Увеличение концентрации электролита-стабилизатора способствует

повышению агрегативной устойчивости мицеллярных систем за счет возрастания зарядов диффузного и адсорбционного слоёв. Укажите, как при этом изменяются размеры данных слоёв.

A. Уменьшаются; B. Увеличиваются; C. Не изменяются; D. Диффузного – увеличивается, адсорбционного – уменьшается; E. Диффузного – уменьшается, адсорбционного – увеличивается. Задание 5. Перемещение твердых частиц лекарственных препаратов относительно

жидких сред организма успешно используется в лечении многих заболеваний (ожоговые раны, ревматизм, нервные заболевания). Укажите название процесса, лежащего в основе данного лечения.

A. Электроосмос; B. Электрофорез; C. Электродиализ; D. Ультрацентрифугирование; E. Вивидиализ. Задание 6. В медицине для очистки лечебных сывороток применяется способ, в

котором осуществляется перемещение жидкой среды относительно твердой фазы под действием электрического тока. Укажитее название этого процесса.

A. Электроосмос; B. Электрофорез; C. Электродиализ; D. Ультрацентрифугирование; E. Вивидиализ.

120

Задание 7. Коагулирующая способность электролитов описывается правилом Шульце-

Гарди. Используя это правило, укажите правильный лиотропный ряд. A. Ti+4 > Ca+2 > Fe+3; B. Fe+3 > Ca+2 >Ti+4; C. Ca+2 > Fe+3 >Ti+4; D. Fe+3 > Ti+4 > Ca+2; E. Ti+4 > Fe+3 > Ca+2. Задание 8. Электрофоретическим методом установлено, что золь AgI обладает

отрицательным зарядом. Среди перечисленных электролитов-коагулянтов укажите тот, который следует добавить в минимальном количестве для начала коагуляции.

A. LiCl; B. NaCl; C. KCl; D. RbCl; E. CsCl. Задание 9. Коллоидной характеристикой защитного действия является защитное число,

которое определяется количеством биополимера, предотвращающего коагуляцию лиофобного золя. Укажите объём золя в мл, который защищается при этом от коагуляции.

A. 0,1 B. 1 C. 10 D. 100 E. 1000 Задание 10. Фармацевтический препарат колларгол – коллоидный раствор серебра, в

состав которого входит высокомолекулярное соединение. Определить функцию данного соединения.

A. Снижает агрегативную устойчивость; B. Уменьшает степень дисперсности; C. Увеличивает степень дисперсности; D. Повышает агрегативную устойчивость; E. Способствует седиментации. Эталоны ответов. 1 – B; 5 – B; 9 – C; 2 – B; 6 – A; 10 – D. 3 – C; 7 – E; 4 – B; 8 – E;

121


В начале занятия осуществляется проверка уровня подготовки студентов к

занятию путем фронтальной беседы. После проверки уровня подготовки к занятию студенты решают обучающие

задачи по теме «Лиофобные золи и их свойства. Коагуляция. Коллоидная защита».

Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части студенты оформляют протокол лабораторной работы. В протокол лабораторной работы вносится таблица с результатами опытов, мицеллярная формула золя, выводы относительно коагулирующего действия ионов различных электролитов.

Далее осуществляется анализ и коррекция знаний студентов путем рассмотрения основных положений мицеллярной теории строения лиофобных золей, их свойств, явления коагуляции золей, а также возможностей коллоидной защиты применительно к биологии и медицине.

Следующим этапом занятия является проведение тестового контроля студентов по теме «Лиофобные золи и их свойства. Коагуляция. Коллоидная защита» с использованием тестов формата А.


СВОЙСТВА РАСТВОРОВ БИОПОЛИМЕРОВ. ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТОЧКА БЕЛКА.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Современная жизнь практически невозможна без материалов на основе

ВМС. Велико их значение в медицине, где они применяются для создания искусственных сосудов, разнообразных протезов, при изготовлении специальных, в том числе хирургических клеев. Антимикробные волокна, изготовленные на основе природных полимеров (целлюлозы) или синтетические ВМС (поливиниловый спирт) имеют свойство задерживать рост различных микроорганизмов и применяются в хирургической практике как шелковый материал. В технологии лекарств синтетические полимеры применяют как вспомогательные вещества при изготовлении различных лекарственных форм. К ним принадлежат ВМС, которые способны пролонгировать действие лекарственных препаратов в организме, а также растворы полимеров, которые используют как крове- и плазмозаменители.

Биополимеры – это высокомолекулярные органические соединения. Среди них самое большое значение принадлежит полисахаридам, белкам и нуклеиновым кислотам. Следует отметить, что белки – основные вещества, из

122

которых построены ядра и протоплазма живых клеток, мышцы, соединительная ткань, кожа и др. Они являются основными носителями жизни. Полисахариды входят в состав мембран клеток и их органелл, а также являются поставщиками энергии. Среди наиболее важных полисахаридов – крахмал, гликоген, целлюлоза. Нуклеиновые кислоты обеспечивают сохранение и передачу генетической информации и принимают участие в синтезе клеточных белков. Они входят в состав нуклеопротеидов, содержащихся в клетках растений, животных, бактерий и вирусов.

Вследствие своих специфических свойств биополимеры выполняют различные функции, например: коллаген, кератин выполняют структурную и опорную функции, ферменты катализируют биохимические реакции, гормоны их регулируют, нуклеиновые кислоты сохраняют и передают наследственную информацию, полисахариды являются резервными питательными веществами.

Изучение физико-химических свойств ВМС чрезвычайно важно для понимания механизма биохимических реакций, а также механизма взаимодействия лекарственных и токсических веществ с биополимерными структурами организма.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ. Уметь интерпретировать структуру, свойства растворов биополимеров и

их влияние на процессы, происходящие в организме. КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ. УМЕТЬ: 1. Идентифицировать высокомолекулярные соединения в зависимости от

пространственного строения, природы мономеров и способу получения. 2. Интерпретировать изоэлектрическое состояние и методы определения

изоэлектрической точки белков. 3. Интерпретировать термодинамическую устойчивость растворов ВМС и

методы осаждения белков. 4. Интерпретировать свойства высокомолекулярных соединений на основе

химического состава и пространственного строения макромолекул. 5. Трактовать значение высокомолекулярных соединений в биологии,

медицине и фармации. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ. 1. Классификация высокомолекулярных соединений. Сравнительная

характеристика растворов ВМС, истинных и коллоидных растворов. 2. Основные классы биополимеров: белки, нуклеиновые кислоты,

полисахариды. Глобулярная и фибриллярная структура белков. 3. Изоэлектрическое состояние белков и методы определения

изоэлектрической точки. Электрофорез. 4. Факторы термодинамической устойчивости растворов ВМС. Методы

осаждения белков. Особенности высаливания биополимеров из растворов:

123

схема Кройта, лиотропные ряды Гофмейстера. Коацервация и денатурация белков.

5. Особые свойства растворов ВМС: − набухание; − застудневание; − вязкость; − осмотическое давление;

6. Мембранное равновесие Доннана и его биологическая роль. 7. Значение растворов ВМС для жизнедеятельности организма и

применение биополимеров в медицине и фармации.

124

2.ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ.

Методы определения

ИЭТ

Электрофорез

Методы осаждения белков

Роль растворов ВМС в жизнедеятельности организма и применение биополимеров в

медицине и фармации.

Отеки

Коллоидная

защита

Набухание


Вязкость

Терм

одинамическа

я устойчивость

Осмотической

давление

Застудневание

Онкотическое

давление

Каоцервация

Высаливание

Денатурация

Лиотропны

е ря

- ды

Гоф

мейстера

Ограниченное

Неограниченное

Биополимеры

РАСТВОРЫ ВМС


По природе мономеров По пространственному строению

По способу получения

Белки Нуклеиновые кислоты Полисахариды

Структура

Физико-химические свойства Изоэлектрическое состояние

Синерезис

Тиксотро- пия

Диффузия

125






Инструкция к проведению опытов на лабораторно-практической части занятия. Опыт №1. Изучение влияния электролитов на величину набухания

желатина. Принцип метода: метод основан на влиянии природы анионов на процесс

набухания биополимера. Материальное обеспечение: сухие пробирки, стеклянная палочка, желатин,

миллиметровая бумага, раствор Na2SO4, раствор NaI, пипетки, дистиллированная вода.

Ход работы: 1. Взять три сухих пробирки и пронумеровать их. 2. В каждую из пронумерованных пробирок поместить одинаковое

количество сухого желатина (приблизительно 0,5 см по высоте пробирки). 3. С помощью полоски миллиметровой бумаги измерить толщину пласта

сухого желатина до набухания в каждой из пробирок. 4. Затем в пробирку № 1 внести 5 мл дистиллированной воды, в пробирку

№ 2 – 5 мл раствора Na2SO4, в пробирку № 3 – 5 мл раствора NaI. 5. Через 1-2 минуты содержимое пробирок осторожно перемешать

стеклянной палочкой и оставить на 20 минут. 6. По истечении времени измерить толщину набухшего пласта желатина и

результаты занести в таблицу:

№ Электролит Высота слоя

сухого желатина, ho мм

Высота слоя набухшего желатина

h в мм

Степень набухания

1. Дистиллированная вода

2. Раствор Na2SO4 3. Раствор NaI 7. Рассчитать степень набухания желатина в каждой пробирке. 8. Результаты занести в таблицу.

126

9. Сделать вывод о влиянии анионов на степень набухания желатина. Опыт №2. Изучение влияния электролитов на застудневание раствора

желатина. Принцип метода: метод основан на влиянии природы анионов на процесс

застудневания биополимера. Материальное обеспечение: водяная баня, сухие пробирки, пипетки, 6%

раствор желатина, раствор КСI, раствор КNO3, раствор CH3COOК, раствор К2SO4, раствор КCNS, дистиллированная вода.

Ход работы: 1. Взять шесть сухих пробирок и пронумеровать их. 2. В каждую из пронумерованных пробирок поместить по 1 мл растворов

электролитов, в последовательности определенной в таблице. 3. На водяной бане подогреть 6% раствор желатина до жидкого состояния. 4. В каждую из шести пробирок добавить по 1 мл подогретого 6% раствора

желатина. 5. Пробирки поместить в горячую водяную баню на 10 минут. 6. По истечении времени пробирки охладить под струей холодной воды. 7. Отметить время застудневания и результаты занести в таблицу: № пробирки 1. 2. 3. 4. 5. 6. электролит КСl КNO3 CH3COOК К2SO4 КCNS Н2О

время застудневания

8. По полученным результатам составить лиотропный ряд анионов. 9. Сделать вывод о степени влияния электролитов на процесс

застудневания. 10. Сравнить полученные данные с лиотропным рядом Гофмейстера,

приведенным в учебнике. НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ

ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ Задание 1. В процессе биосинтеза в клетках растений и живых организмов

образуются макромолекулы белков. Определите, продуктом какой реакции они являются.

A. гидролиза ДНК; B. поликонденсации моносахаридов; C. поликонденсации гетероциклических соединений; D. поликонденсации аминокислот; E. гидролиза РНК.

127

Задание 2. Макромолекулы альбуминов яичного белка имеют сферическую или

эллипсоидную форму и свернуты в плотную компактную структуру. Укажите структурный тип данных макромолекул.

A. Фибриллярные; B. Глобулярные; C. Волокнистые; D. α-правовращающая спираль; E. Двойная антипараллельная спираль. Задание 3. Высаливание и застудневание белков наиболее целесообразно проводить

тогда, когда биополимеры находятся в изоэлектрическом состоянии. Укажите значение рН, которое соответствует такому состоянию.

A. рН = 7; B. рН = ИЭТ; C. рН = 0; D. рН > ИЭТ; E. рН < ИЭТ. Задание 4. Одним из важных физико-химических свойств растворов биополимеров

является термодинамическая устойчивость. Укажите причину этого свойства. A. Наличие пептидных связей, высокая вязкость раствора; B. Способность к денатурации, низкая вязкость; C. Способность к высаливанию и коацервации; D. Наличие гидратной оболочки и заряда на макромолекулах белка; E. Способность к электрофорезу и электроосмосу. Задание 5. Электрофорез различных растворов белка является одним из методов

определения изоэлектрической точки белка. Укажите фактор, определяющий подвижность макромолекулы белка в данном методе.

A. Поверхностное натяжение; B. Поверхностная энергии; C. Заряд макромолекулы; D. Осмотическое давление; E. Количество гидрофобных радикалов. Задание 6. Существенное влияние на процесс высаливания белков оказывает

добавление анионов и катионов различных электролитов. Укажите правильный лиотропный ряд анионов.

A. SO42- > Cl- > CNS- > Br-;

B. CNS- > SO42- > Cl- > Br-;

128

C. Cl- > CNS- > Br- > SO42-;

D. Br- > Cl- > CNS- > SO42-;

E. SO42- > Cl- > Br- > CNS-.

Задание 7. При снижении растворимости в растворах высокомолекулярных

соединений наблюдается процесс слияние водных оболочек растворенных молекул биополимеров. Укажите название данного процесса.

A. Высаливание; B. Осаждение; C. Набухание; D. Денатурация; E. Коацервация. Задание 8. Денатурация биополимеров может быть вызвана изменением реакции

среды, выходящая за пределы значений рН от 3 до 10. Укажите термодинамические особенности данного процесса.

A. Уменьшение энтропии; B. Увеличение энтропии; C. Экзотермический процесс; D. Эндотермический процесс; E. Несамопроизвольный процесс. Задание 9. В соответствии с современной теорией М.Н. Пескова и С.Н Лихачева,

процесс набухания происходит в две стадии. Укажите, особенности поглощения растворителя на I-ой стадии данного процесса.

A. Небольшое количество, без выделения теплоты; B. Небольшое количество, экзотермический процесс; C. Большое количество, без выделения теплоты; D. Большое количество, экзотермический процесс; E. Большое количество, эндотермический процесс. Задание 10. Возникновение патологических опухолей в организме, уменьшение

эластичности тканей человека с возрастом рассматриваются как процесс разжижение и дальнейшего застудневание ВМС. Укажите название данного процесса.

A. Синерезис; B. Старение; C. Коацервация; D. Седиментация; E. Денатурация.

129

Задание 11. Растворы белков отличаются от истинных и коллоидных аномально

высокой вязкостью. Укажите, фактор, обуславливающий данную особенность. A. Высокая гидрофильность; B. Денатурация; C. Низкая температурая; D. Небольшая молекулярная масса; E. Биологическая активность. Задание 12. При нарушении онкотического давления в организме возникают отёки

соединительной ткани. Укажите изменение концентрации белков, при возникновении данной патологии.

A. C(низкомолекулярных соединений) > С(белков); B. С(белков крови) < С(белков соед. ткани); C. С(белков крови) ≈ С(белков соед. ткани); D. С(белков крови) > С(белков соед. ткани); E. C(Na+; K+) > С(белков). Задание 13. В 1911 году Доннан предложил уравнение, которое объясняет влияние

концентрации различных веществ на жизнедеятельность клеток, величину биопотенциалов и т.п. Укажите процесс, который описывается данным уравнением.

A. Вязкость растворов; B. Броуновское движение; C. Объединение макромолекул в ассоциаты; D. Перераспределение электролитов по обе стороны мембраны; E. Образованием студней. Задание 14. Фракционное осаждение белков сыворотки крови проводят методом

высаливания с сохранением нативной структуры. Укажите медицинские препараты, которые могут быть получены данным образом.

A. Хелатотерапевтические; B. Гипотонические растворы; C. Гипертонические растворы; D. Сыворотки для прививок; E. Физиологические растворы. Эталоны ответов. 1 – D; 5 – C; 9 – В; 13 – D; 2 – В; 6 – E; 10 – A; 14 – D. 3 – B; 7 – E; 11 – A; 4 – D; 8 – B; 12 – B;

130



к занятию путем проведения фронтального опроса студентов. Затем рассматриваются тестовые задания, приведенные в методическом пособии.

После рассмотрения тестовых заданий, студенты решают обучающие задачи по теме «Растворы биополимеров. Изоэлектрическая точка белка». Следующим этапом является выполнение лабораторной работы с использованием приведенной инструкции. После завершения практической части, студенты оформляют протокол лабораторной работы, в который вносят данные, полученные при проведении эксперимента, и проводят соответствующие расчеты.

После завершения лабораторной работы проводится анализ и коррекция знаний студентов путем рассматривания свойств высокомолекулярных соединений на основе химического состава и пространственного строения макромолекул и медико-биологического значения биополимеров.

Следующим этапом проводится тестовый контроль знаний студентов по теме «Растворы биополимеров. Изоэлектрическая точка белка» с использованием тестов формата А.


131

СОДЕРЖАНИЕ

№ ТЕМА Стр.

1. Периодический закон Д.И.Менделеева. Основные классы неорганических соединений. 4

2. Биогенные s- и p- элементы, биологическая роль, применение в медицине. 13

3. Биогенные d-элементы, биологическая роль, применение в медицине. 23

4. Растворы. Электрофотоколориметрический метод определения концентрации растворов. 32

5. Растворы. Перманганатометрия как метод объемного количественного анализа. 40

6. Комплексообразование в биологических системах. 47

7. Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный показатель. 55

8. Буферные системы, классификация и механизм действия. 63

9. Коллигативные свойства растворов. Решение задач. 71 10. Осмос и осмотическое давление. 77

11. Тепловые эффекты химических реакций. Химическая термодинамика. 83

12. Кинетика биохимических реакций. Химическое равновесие. 91

13. Сорбция биологически-активных веществ на границе раздела фаз. 99

14. Дисперсные системы. Получение, очистка и свойства коллоидных растворов. 106

15. Лиофобные золи и их свойства. Коагуляция. Коллоидная защита. 113

16. Свойства растворов биополимеров. Изоэлектрическая точка белка. 121

Донецкий национальный медицинский...

Documents

Transcript of Донецкий национальный медицинский...