Медична хімія

роль ферментів у життєдіяльності організму, а також у діагностиці і лікуванні.

вміти:

складати рівняння каталітичних реакцій;

пояснювати за допомогою енергетичних діаграм суть каталітичної дії;

оволодіти навичками:

визначення впливу каталізаторів на швидкість реакції.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ І НАВИЧКИ, НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Каталіз і каталізатори.

2) Поняття про гомогенний і гетерогенний каталіз. (Матеріал шкільної програми з хімії).

3) Швидкість реакції, енергія активації, прості і складні реакції.

4) Складання рівнянь окисно-відновних реакцій, (Матеріал попередніх занять з хімії).

5. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).



Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Суть і види каталізу.	1.1. Види каталізу: гомогенний, гетерогенний, ферментативний (мікрогетерогенний). 1.2. Суть каталітичної дії. Зниження енергії активації у каталітичному процесі. 1.3. Теорія проміжних сполук у каталізі. 1.4. Особливості гетерогенного каталізу. 1.5. Автокаталіз.
2. Ферменти як біологічні каталізатори.	2.1. Поняття про будову ферментів. 2.2. Особливості дії ферментів як каталізаторів. 2.3. Вплив температури та рН на активність ферментів. 2.4. Поняття про механізм дії ферментів. 2.5. Роль ферментів у життєдіяльності організму та їх застосування у діагностиці і лікуванні.

6. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Пояснити, чому при введенні каталізатора у систему змінюється швидкість реакції.

а) утворюються продукти реакції;

б) підвищується температура системи;

в) знижується енергія активації реакції;

г) змінюються концентрації реагуючих речовин.

2) Вибрати з наведених рівнянь реакцій рівняння гетерогенного каталізу.

_CuO(т)

а) CO_(г) + 2Н_2(р) СН₃ОН_(г)

_NO(г)

б) SO_2(г) + 1/2 O₂ SO_3(г)

_Na(т)

в) 2С₂Н₅ОН_(р) С₄Н₉ОН_(р) + Н₂О_(р)

^Н₂^О(р)

г) 3І_2(т) + 2Al_(т) 2AlI_3(т)

І_2(г)

д) СН₃СОН CH_4(г) + СО_(г)

3) Вказати, у чому суть вибірковості (специфічності) дії ферментів.

а) у здатності прискорювати тільки певну конкретну реакцію;

б) у здатності прискорювати реакції даного типу (окиснення, гідроліз, приєднання);

в) у здатності прискорювати будь-яку реакцію даного субстрату;

г) у здатності прискорювати всі реакції, що відбуваються при певному значенні рН.

4) Пояснити відмінність наслідків значного підвищення температури для активності неорганічних каталізаторів і ферментів.

а) активність неорганічних каталізаторів переважно збільшується, а ферментів - зменшується;

б) активність неорганічних каталізаторів переважно збільшується, а ферментів - припиняється;

в) активність і неорганічних каталізаторів і ферментів збільшується;

г) активність неорганічних каталізаторів не змінюється, а ферментів спочатку збільшується, а потім припиняється.

5) Вказати, як залежить активність фермента від зміни середовища.

а) зміна середовища не впливає на активність фермента;

б) зменшення рН збільшує активність фермента;

в) зміна середовища призводить до інактивації фермента;

г) зміна середовища може збільшити або зменшити активність

фермента в залежності від будови і природи фермента.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ

1) Правильна відповідь в).

Суть дії каталізатора, з сучасної точки зору, полягає в тому, що він проводить реакцію новим шляхом (найчастіше внаслідок утворення проміжної сполуки між каталізатором і однією з реагуючих речовин), для якого енергія активації значно нижча. Експериментально доведено, що для розкладу пероксиду водню на водень і кисень без каталізатора потрібно 75,3 кДж/моль енергії. При застосуванні колоїдної платини як каталізатора енергія активації знижується до 49,9 кДж/моль, а при дії фермента каталази до 23 кДж/моль.

2) Правильні відповіді а), в), г).

При гетерогенному каталізі реагуючі речовини і каталізатор знаходяться у різних фазах, між ними є поверхня розділу фаз, на якій і відбувається реакція.

Реакції гомогенного каталізу б) і д) відбуваються у газовій фазі і взаємодія проходить у всьому об'ємі.

3) Правильна відповідь а).

Характерною особливістю каталізаторів є їх вибірковість або специфічність здатність прискорювати тільки конкретну реакцію. Особливо яскраво проявляється вибірковість у ферментів. Так, фермент, що каталізує гідроліз сахарози, не каталізує гідроліз крохмалю, незважаючи на те, що і сахароза, і крохмаль - вуглеводи, і до складу їх молекул входить фрагмент Д-глюкози. Різні каталізатори або ферменти контролюють утворення різних продуктів з одних і тих же вихідних речовин. Так з етилового спирту можна одержати до 40 різних речовин. В організмі людини діють понад 100 різних ферментів. Вони утворюють складні ферментні системи, що забезпечують низку послідовних та узгоджених між собою перетворень. Відсутність високої специфічності ферментів призвела б до повного розладу систем організму.

4) Правильна відповідь б).

Дослідження показують, що неорганічні каталізатори збільшують активність при підвищенні температури. Більшість з них відмінно працює за умови високої температури (100-100°С). Ферменти здатні працювати у неширокому температурному діапазоні, переважно 10 60°С, причому оптимальна температура для них приблизно 40°С. При подальшому підвищенні температури активність ферментів падає, а при температурі вищій за 70°С ферменти втрачають активність, переважно внаслідок денатурації білкової структури.

5) Правильна відповідь в).

Ферменти проявляють свою активність у досить вузькому діапазоні значень рН. Так, уреаза активна при рН = 6,7, пепсин при рН = 1,5 2,0; аргіназа в інтервалі рН 9,5 9,9. Значна зміна величини рН, а тим більше, зміна середовища призведе до інактивації ферменту. Вплив реакції середовища на активність фермента пояснюється залежністю існування певної структури ферменту, що забезпечує його каталітичну активність, від величини рН, оскільки переважна більшість ферментів має білкову природу.

7. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

Відновлення перманганату калію в присутності каталізатора.

Налити у пробірку до половини об'єму розчин сірчаної кислоти (w = 30 %), додати три краплі розчину КМnO₄ (молярна концентрація еквівалента 0,1 моль/л). Розчин перемішати і, якщо він набув рожевого забарвлення, розлити у три пробірки.

У першу пробірку додати 1 краплю розчину КNO₃, а потім у першу і другу пробірки внести по шматочку цинку. Третя пробірка залишається для порівняння забарвлення.

Порівняти швидкість знебарвлення розчину у першій і другій пробірках та зробити висновок, вказавши, яка речовина є каталізатором. Скласти рівняння реакції за схемою:

Жn + КМnO₄ + Н₂SO₄ ZnSO₄ + К₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

Каталітичне відновлення роданіду заліза (III).

У дві пробірки налити по 3 мл розчину KCNS або NH₄CNS і по З краплі розчину FeCl₃. Утворюється роданід заліза (III) за реакцією:



3КСNS + FeСl₃ = Fe(CNS)₃ + 3КСl

В одну з пробірок додати 2 краплі розчину CuSO₄, а потім в обидві пробірки по 3 мл розчину тіосульфату натрію. Порівняти швидкість знебарвлення розчинів у пробірках і зробити висновок, яка речовина є каталізатором і який це вид каталізу. Скласти рівняння реакції за схемою:

Fe(CNS)₃ + Na₂S₂O₃ Fe(CNS)₂ + Na₂S₄O₆ + NaCNS

Розклад пероксиду водню в присутності гетерогенного каталізатора.

До 2 мл розчину пероксиду водню додати невелику кількість порошку РbO₂ або МnO₂. Спостерігати бурхливе виділення кисню. Написати рівняння реакції каталітичного розкладу пероксиду.

Автокаталітичне відновлення перманганату калію в кислому середовищі.

У конічну колбу налити 10 мл розчину щавлевої кислоти Н₂С₂O₄ (w = 5%), 5 мл розчину Н₂SO₄ (С = 0,1 моль/л). Потім однаковими порціями (по 0,2-0,5 мл) додавати з бюретки або піпетки розведений розчин перманганату калію, визначаючи час знебарвлення кожної порції.

Порівняти час знебарвлення першої порції перманганату калію з наступними і зробити висновок, вказавши, що є каталізатором. Скласти іонне рівняння реакції за схемою:

H₂C₂O₄ + MnO₄+ H⁺ CO₂ + Mn²⁺ + H₂O

Оформлення протоколу лабораторної роботи.

У зошит записати необхідні рівняння реакцій та висновки до кожного з дослідів.

8. ЛІТЕРАТУРА.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. -В: НОВА КНИГА, 2006, с.457-486.

2. Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. - К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. К., Вища школа, 1986, с. 149-157

4. Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., Высшая школа, 1979, с. 67-70, 73-79.

5. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975, с. 118-129.

ЗАНЯТТЯ 2.4

1. ТЕМА. Хімічна рівновага. Добуток розчинності.

2. ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Життєдіяльність організмів базується на протіканні великої кількості біохімічних процесів. Більшість цих реакцій є рівноважними, або окремі стадії складних процесів оборотні реакції. Наприклад, згідно з сучасною теорією кінетики ферментативних реакцій, утворення фермент-субстратного комплексу і його розклад на фермент і продукт реакції є оборотними процесами. Чітке усвідомлення особливостей рівноважного стану дуже важливе для розуміння поняття "стаціонарний стан відкритої системи" якою є живий організм. Знання теорії хімічної рівноваги необхідне для вивчення дії в організмі людини лікарських засобів та шкідливих речовин. Уявлення про хімічну рівновагу, константу рівноваги, вплив різних факторів на рівновагу потрібні студенту-медику для розуміння інших видів рівноваги в біологічних системах.

3. МЕТА. Засвоїти закономірності перебігу рівноважних процесів та можливості зміщення рівноваги в бажаному напрямку.

Студент повинен знати:

основи теорії хімічної рівноваги;

закон діючих мас для рівноважного стану;

способи вираження константи рівноваги;

принцип Ле-Шательє-Брауна;

відмінність рівноважного стану системи від стаціонарного стану відкритої системи;

суть поняття "добуток розчинності";

умови утворення та розчинення осадів;

роль гетерогенної рівноваги (за участю солей) у процесах метаболізму;

вміти:

складати формальні рівняння для розрахунку константи рівноваги гомогенних та гетерогенних реакцій;

визначати напрямок зміщення хімічної рівноваги при зміні температури, тиску, концентрації речовин;

оцінювати рівноважний стан системи за величиною константи рівноваги та значенням зміни енергії Гіббса;

проводити розрахунки з використанням добутку розчинності солей;

оцінювати і співставляти розчинність сполук за величиною їх добутку розчинності.

оволодіти навичками:

зміщення хімічної рівноваги у бажаному напрямку шляхом зміни концентрації реагуючих речовин і температури.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ, НАВИЧКИ, НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Поняття про оборотні реакції. (Матеріал шкільної програми з хімії).

2) Швидкість реакції, константа швидкості реакції.

3) Закон діючих мас для швидкості гомогенних та гетерогенних реакцій. (Матеріал попереднього заняття).

5. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).



Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Хімічна рівновага як стан оборотних процесів.	1.1. Значення енергії Гіббса як термодинамічна характеристика оборотних процесів. 1.2. Динамічний характер рівноважного стану. 1.2. Роль гетерогенної рівноваги за участю солей у загальному гомеостазі організму.
2. Закон діючих мас для рівноважного стану.	2.1. Константа рівноваги і способи її вираження. 2.2. Характеристика стану рівноваги по величині константи рівноваги.
3. Зміщення хімічної рівноваги.	3.1. Фактори, що впливають на зміщення рівноваги. 3.2. Принцип Де-Шательє-Брауна та його застосування для зміщення рівноваги у бажаному напрямку.

6. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вибрати фактори, зміна яких призведе до зміни величини константи рівноваги:

а) тиск; б) температура; в) концентрація; г) природа реагуючих речовин.

2) Вказати, яке співвідношення утвориться між швидкостями прямої і зворотної реакцій, якщо об'єм реакційної посудини, у якій була встановлена рівновага:

2SO_2(г) + O_2(г) 2SO_3(г) зменшити у два рази.

а) швидкості залишаться однаковими;

б) швидкість прямої реакції у 2 рази більша, ніж швидкість зворотної реакції;

в) швидкість прямої реакції у 2 рази менша, ніж швидкість зворотної реакції;

г) швидкість прямої реакції зросте у 1,5 рази відносно швидкості зворотної реакції.

3) Вибрати ті зміни параметрів, які призведуть до зміщення рівноваги у системі:



4НСl_(г) + O_2(г) 2Сl_2(г) 2H₂O_(г) вліво.

а) збільшення концентрації кисню;

б) збільшення концентрації хлору;

в) підвищення загального тиску;

г) зменшення об'єму реакційної посудини.

4) Вказати, в якому напрямку зміститься рівновага в системі:

4Fe_(T) + 3O_2(г) 2Fe₂О_3(T) при збільшенні загального тиску.

а) вліво; б) вправо; в) не зміститься.

5) Пояснити, який знак має зміна ентальпії рівноважної реакції:

Н₂О_(г) Н_2(г) + 1/2О_2(г),

якщо при підвищенні температури величина константи рівноваги зростає.

а)ДН > 0 б) ДН < 0 в) ДН = 0

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ

1) Правильні відповіді б) і г).

Константа хімічної рівноваги К є відношенням константи швидкості прямої реакції k₁, до константи швидкості зворотної реакції k₂: К =k₁/k_2.

Оскільки кожна з констант швидкості залежить лише від природи реагуючих речовин і температури, то константа рівноваги буде також залежати тільки від цих факторів. Зміна концентрації і тиску не викличе зміни константи рівноваги, але може призвести до зміщення рівноваги.

2) Правильна відповідь б).

У стані рівноваги швидкості прямої і зворотної реакцій були однаковими:



a

Внаслідок зменшення об'єму вдвічі концентрації або парціальні тиски газів збільшаться у 2 рази. Отже, швидкість прямої реакції зросте у 8 разів:

а швидкість зворотної реакції збільшиться у 4 рази:

Таким чином, швидкість прямої реакції буде вдвічі більшою, ніж швидкість зворотної реакції, і рівновага зміститься вправо.

3) Правильна відповідь б).

Згідно з принципом Ле-Шательє-Брауна, для того, щоб рівновага змістилася вліво, треба збільшити концентрацію продуктів реакції, в даному випадку або хлору, або пари води. Збільшення концентрації кисню призведе до зміщення рівноваги вправо. Збільшення загального тиску або зменшення об'єму викличе зміщення рівноваги вправо, у бік продуктів реакції, тому що кількість газоподібних речовин, які саме і обумовлюють тиск у системі, справа менша, ніж зліва.

4) Правильна відповідь б).

Це гетерогенна система, тиск у якій обумовлюють лише газоподібні молекули кисню. Збільшення у реакційній системі тиску призведе, згідно з принципом Ле-Шательє-Брауна, до зміщення рівноваги в бік меншої кількості газоподібних речовин, тобто вправо.

5) Правильна відповідь а).

Константа рівноваги, що дорівнює відношенню констант швидкостей прямої і зворотної реакції: K = k₁/k₂, показує, у скільки разів константа швидкості прямої реакції більша, ніж константа швидкості зворотної реакції.

Збільшення величини константи рівноваги можна охарактеризувати як зростання значення k₁ відносно попереднього значення, тобто зросте швидкість прямої реакції порівняно зі значенням швидкості у рівноважному сталі. Це призведе до зміщення рівноваги вправо. Оскільки такий напрям зміщення обумовлений зростанням температури, пряма реакція буде ендотермічною і для неї ДН > 0. Тобто, термохімічне рівняння матиме вигляд:

H₂O_(г) H_2(г) + 1/2О_2(г), ДН > 0

7. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

Визначення впливу зміни концентрації реагуючих речовин на зміщення хімічної рівноваги.

Залежність швидкості реакції в стані рівноваги від зміни концентрації реагуючих речовин і напрямок зміщення цієї рівноваги можна дослідити на прикладі оборотної реакції між хлоридом заліза(ІII) і роданідом амонію.

Змішати у колбі або стакані по 10 см³ розчину FеСl₃ (молярна концентрація 0,002 моль/л) і розчину NH₄CNS (молярна концентрація 0,006 моль/л). Одержаний розчин розлити у чотири пробірки. До розчину у першій пробірці додати 2 см³ розчину FеСl₃ (молярна концентрація 0,25 моль/л), до розчину у другій пробірці 1 см³ розчину NH₄CNS (молярна концентрація 0,6 моль/л), до розчину у третій пробірці 1 см³ розчину NH₄Сl (молярна концентрація 3,0 моль/л). Розчин у четвертій пробірці залишити для порівняння.

Написати рівняння оборотної реакції між хлоридом заліза (III) і роданідом амонію. Написати формулу для розрахунку константи рівноваги згідно з законом діючих мас для рівноважного стану. Зробити висновок про напрямок зміщення рівноваги при збільшенні концентрації вихідних речовин і продуктів реакції.

Визначення впливу реакції середовища на стан рівноваги в системі хромат-іон дихромат-іон.

У розчині, що містить аніонні форми хрому (VI), має місце рівновага між цими формами:

2CrO₄²+ 2H⁺ Cr₂O₇²+ H₂O

хромат-іон дихромат-іон

або:

Cr₂O₇²+ 2OH 2CrO₄²+ H₂O

Зміна реакції середовища призводить до зміщення рівноваги, що видно по зміні забарвлення.

У хімічний стакан місткістю 100 см³ налити небагато оранжевого розчину дихромату калію K₂Cr₂О₇ (w = 10%). До нього по краплях додати розчин лугу до зміни забарвлення на жовте. Потім до жовтого розчину хромату додати кілька крапель розчину сірчаної кислоти до появи оранжевого забарвлення.

Зробити висновок, вказавши, яка аніонна форма хрому (VI) є стійкою у кислому, а яка у лужному середовищі.

Визначення впливу температури на стан хімічної рівноваги.

У водному розчині аміаку має місце рівновага:

NH₃ + H₂O H₃ H₂O NH₄⁺ + OH^-

У конічну колбу місткістю 100 см³ налити 30 см³ дистильованої води, додати декілька крапель концентрованого розчину аміаку і 2-3 краплі розчину фенолфталеїну. Рожевий розчин, що утворився, нагріти до зникнення забарвлення. Гарячий розчин обережно охолодити водою з-під крана і спостерігати відновлення рожевого забарвлення.

Зробити висновок про напрямок зміщення рівноваги у розчині аміаку при нагріванні та охолодженні.

Оформлення протоколу лабораторної роботи.

У зошиті запонити таблицю, написати необхідні рівняння реакцій та висновки до кожного з дослідів.

8. ЛІТЕРАТУРА.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. -В: НОВА КНИГА, 2006, с.414-418, 176-184

2. Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. - К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.Я., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. К., Вища школа, 1986, с. 29-33.

4. Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., Высшая школа, 1979, с. 80-92.

5. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975, с. 17-19.

ЗАНЯТТЯ 2.5

1. ТЕМА. Визначення окисно-відновного потенціалу.

2. ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Процес біологічного окиснення є основним джерелом енергії у живому організмі. Особливістю цього процесу є багатостадійність та поступове збільшення потенціалу відновника. Знання основних закономірностей окисно-відновних процесів, характеру зміни окисно-відновних потенціалів, напрямку переносу електронів (або атомів гідрогену) необхідні для розуміння окисно-відновних біохімічних процесів. Величина окисно-відновного біохімічного потенціалу дає змогу передбачити напрямок біологічного окиснення та розрахувати зміну енергії при цьому.

3. МЕТА. Сформувати уявлення про окисно-відновні потенціали та їх значення для напрямку перебігу окисно-відновних процесів. Оволодіти методикою визначення окисно-відновних потенціалів.

Студент повинен знати:

теорію окисно-відновних потенціалів, їх значення для процесів окиснення-відновлення;

принцип, за яким проводиться оцінювання сили окисника і відновника та визначається напрямок самодовільного окисно-відновного процесу;

особливості поняття "стандартний біохімічний окисно-відновний потенціал" та його значення для напрямку процесів біологічного окиснення;

вміти:

проводити розрахунки величини окисно-відновного потенціалу за рівнянням Нернста-Петерса;

порівнювати силу окисників і відновників;

визначати напрямок самодовільних окисно-відновних процесів.

оволодіти навичками:

визначення окисно-відновних потенціалів окисно-відновних систем за допомогою платинового електрода.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ І НАВИЧКИ, НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Теорія окисно-відновних реакцій, методи складання окисно-відновних рівнянь.

2) Теорія електродних потенціалів, рівняння Нернста.

3) Поняття про гальванічні кола та типи електродів

(Матеріал попередніх занять з хімії).

5. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).



Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Окисно-відновні системи	1.1. Реакції в окисно-відновних системах та їх значення. 1.2. Окисно-відновні системи в живих організмах та біологічне окиснення.
2. Поняття про окисно-відновні потенціали (редокс-потенціали)	2.1. Механізм виникнення окисно-відновних потенціалів. 2.2. Рівняння Нернста-Петерса та фактори, що впливають на величину редокс-потенціалу. 2.3. Стандартний (нормальний) редокс-потенціал. 2.4. Практичне визначення редокс-потенціалу за допомогою платинового електрода.
3.Визначення напрямку самодовільного перебігу окисно-відновних реакцій (редокс реакцій)	3.1. Порівняння сили окисників і відновників взагалі та за стандартних умов. 3.2. Умови самодовільного перебігу окисно-відновних реакцій
4. Реакції окиснення-відновлення в живих організмах	4.1. Особливості біологічного окиснення. 4.2.Поняття про стандартний “біохімічний” редокс-потенціал. 4.3. Напрямок реакцій біологічного окиснення

6. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вибрати із наведених рівнянь реакцій рівняння окисно-відновних реакцій:

1. Аl₂(SO₄)₃ + 6NаОН = 2Аl(ОН)з + 3 Na₂SO₄

2. 2Аl + 2NаОН + 6 Н₂О = 2 Nа[Аl(ОН)₄] + 3 H₂

3. АgNОз + NaI = NаNОз + АgІ

4. Cl₂ + 2 NаІ = 2 NaCl + I₂

а) 1,2 б) 2,3 в) 3,4 г) 2,4

2) Вибрати правильну характеристику окисно-відновного електрода:

а) це метал, що занурений у розчин елетроліту і обмінюється з ним іонами та електронами;

б) це інертний метал, що занурений у розчин електроліту і обмінюється з ним електронами;

в) це інертний метал, що занурений в окисно-відновну систему і є лише провідником електронів;

г) це інертний метал, що занурений в окисно-відновну систему і обмінюється з нею іонами та електронами.

3) Вибрати окисно-відновну систему, потенціал якої залежить від рН:

а) Fe³⁺ + е= Fe²⁺ в) MnO₄+ 8Н⁺ + 5е= Mn²⁺ + 4H₂O

б) MnO₄+ е = MnO₄² г) S₄O₆²+ 2е= 2 S₂O₃^2-

4) Вибрати дріб, що стоятиме під логарифмом у рівнянні Нернcта-ІІетерса для редокс-системи: СrO₄^2-+ 2 Н₂О + 3е- = СrО₂- + 4 ОН-

5) Вказати, окислена форма якої окисно-відновної системи буде найбільш сильним окисником за стандартних умов:

а) НВrО + H⁺ + 2e- = Вr- + H₂O ц° = 1,34

б) СrО₄^2-- + 4 Н₂О + Зе- = Сr(ОН)₃ + 5 ОН- ц° = 0,13

в) 2 I0₃- + 12 Н⁺ + 10e- = I₂ + 6 H₂O ц^o = 0,19

г) H₂O₂ + 2 Н⁺ + 2е= 2 H₂O ц^o = 1,78

6) Пояснити, в якому напрямку за стандартних умов буде самодовільно йти реакція:

2 NaCI + Fе₂(SO₄)з = 2 FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄, якщо

ц^оСl_2/2Cl= 1,36 B, a ц^o_Fe³⁺_{/ Fe}²⁺ = 0,771 B



а) зліва направо; в) реакція взагалі не буде йти;

б) справа наліво; г) реакція буде йти в обох напрямках.

7) Вибрати кращий окисник для перетворення Fе²⁺-іона за стандартних умов у Fе³⁺іон, якщо стандартний потенціал ц_Fe³⁺_{/ Fe}²⁺ = 0,771 В, а стандартні потенціали окисників вказані в дужках:

а)KMnО₄ (ц° = 1,51 В); в) НNO₂ (ц⁰ = 1,00 В);

б) КМnО₄ в нейтральному середовищі (ц° = 0,58 В); г) CuSO₄ (ц⁰ = 0,153 В).

8) Вказати, як зміниться ЕРС гальванічного кола Рв/Рв²⁺ //Аg⁺ /Аg, якщо у розчин солі свинцю додати сірководень (у невеликій кількості);

а) зменшиться; в) не зміниться;

б) збільшиться; г) коло буде зіпсоване.

9) Вказати, який процес буде відбуватися на електроді з більшим потенціалом в окисно-відновному гальванічному колі:

а) залежить від природи електрода; в) окиснення;

б) відновлення; г) окиснення або відновлення.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ

1) Правильна відповідь г).

Окисно-відновні реакції відбуваються із зміною ступенів окиснення елементів у молекулах реагуючих речовин.

2. 2Аl + 2 NaOH + 6 Н₂О = 2 Nа [Al(OH)₄] + 3 H₂

Аl + 4 ОH3e= [Аl(ОН)₄] 2 окиснення

2 H₂O + 2e= H₂ + 2 ОН 3 відновлення

4. Cl₂ + 2 NаІ = 2 NaCl + I₂

Cl₂ + 2e= 2 Сl 1 відновлення

2 І2e= І₂ 1 окиснення

Реакції 1 та 3 відбуваються без зміни ступенів окиснення атомів.

2) Правильна відповідь в).

Інертний метал (платина, золото, паладій та ін.) повинен знаходитися в розчині, що є окисно-відновною системою. Метал виконує роль провідника електронів: він із зовнішньої мережі передає електрони окисленій формі в розчині, або приймає електрони від відновленої форми і передає у зовнішню мережу. Таким чином, метал не обмінюється електронами й іонами з компонентами розчину.

3) Правильна відповідь в). У рівняння входять 8Н⁺ і потенціал буде залежати від рН (Т = 298 К)

4) Правильна відповідь а).

Під логарифмом у чисельнику повинна стояти концентрація окисленої форми - СrО₄^2-, а у знаменнику відновленої: СrО₂- і ОH-.

5) Правильна відповідь г).

Найбільш сильним окисником буде окислена форма тієї системи, яка має більше значення окисно-відновного потенціалу.

6) Правильна відповідь б).

Оскільки стандартний потенціал системи Сl₂/2Сlбільший, окисником буде Сl₂, а відновником Fе²⁺. Такім чином, самодовільно реакція буде йти в напрямку справа наліво:

2 FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄ = 2 NaCl + Fе₂(SО₄)₃, або 2 Fе²⁺ + Cl₂ = 2 Сl+ + 2 Fе³⁺

7) Правильна відповідь а).

Кращим окисником буде окислена форма редокс-системи, потенціал якої буде в більшій мірі перевищувати 0,771 В. Такою системою буде система, окислена форма якої - КМnО₄ у кислому середовищі.

8) Правильна відповідь б).

EРС цього гальванічного кола розраховується за формулою:

При додаванні сірководню у розчин, що містить іони Рв²⁺, , внаслідок реакції:

Pb²⁺ + H₂S = PbSv + 2 Н⁺ концентрація катіонів Рb²⁺ зменшується.

Отже, у формулі EРС зменшиться lg [Рb²⁺], а різниця у дужках збільшиться, що призведе до збільшення величини E, тобто ЕРС.

9) Правильна відповідь б).

На електроді з більшим потенціалом у гальванічному колі завжди буде відбуватися процес відновлення окисленої форми, яка буде окисником. Такий електрод є катодом і має від`ємний заряд (-).

7. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

Окисно-відновні потенціали окисно-відновних систем обчислюють за значеннями ЕPC, що визначають на приладі іономірі ЭВ-74.

Підготовка до роботи та визначення ЕPC;

перед підключенням іономіра до електричної мережі натиснути кнопки "t" і "-І-І9";

прогріти прилад протягом приблизно 30 хв.;

зібрати гальванічне коло з вимірювального електрода (платиновий електрод ЭПВ-1) та допоміжного електрода (хлорсрібний електрод ЭВЛ-ІМ із сталим значенням потенціалу 0,201± 0,003 В);

встановити електроди у спеціальний тримач над поворотним столиком і підключити до приладу;

розчин досліджуваної окисно-відновної системи налити у скляний стакан і занурити у нього електроди;

натиснути кнопну "mV" та кнопку потрібного діапазону вимірювання і визначити величину EРС - E.

Обробка результатів та оформлення протоколу лабораторної роботи.

Розрахувати практичні значення окисно-відновних потенціалів для трьох систем за формулою:

ц_пр. = Е + ц_доп. ,

де: Е значення ЕРС, В (визначене на приладі);

ц_доп. = 0,201 потенціал хлорсрібного електрода, В; тому що Е = ц_пр. - ц_доп.

2) Розрахувати теоретичні значення окисно-відновних потенціалів для трьох систем з урахуванням концентрації окисленої та відновленої форми за рівняннями:

Концентрації речовин наведені у таблиці.

3) Результати визначень та розрахунків занести у таблицю:

4) Користуючись значеннями стандартних окисно-відновних потенціалів систем ц° (з таблиці), визначити можливість самодовільного перебігу реакцій;

а) Fе³⁺ + І >

б) Fe²⁺ + I₂ >

в) Сr₂О₇²+ Fe²⁺ >

за формулою:

E = ц_ок. ц_відн.

Самодовільно буде йти такий окисно-відновний процес, для якого: ц_ок. > ц_відн. і Е >0.

8. ЛІТЕРАТУРА.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. -В: НОВА КНИГА, 2006, с.505-540

2. Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. - К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. Киев, Вища школа. 1986; с, 116-118, 122, 127-129.

4. Равич-Щербо М.И., Новиков В. В. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975, с. 72-74.

ЗАНЯТТЯ 2.6

1. ТЕМА. Сорбція біологічно-активних речовин на межі поділу фаз.

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Адсорбція із розчинів на поверхні твердого тіла має велике значення для життєдіяльності організмів. Адсорбція субстрату на поверхні ферментного комплексу, адсорбція амінокислот на поверхні еритроцитів, адсорбція на мембранах клітин, адсорбція білків на поверхні гідрофобних частинок, що переносяться кровю - всі ці процеси в організмі повязані з молекулярною адсорбцією з розчинів. Такі тверді адсорбенти як активоване вугілля та йонообмінники застосовуються для очистки організму від сторонніх речовин, отрут, які потрапили у шлунок, надлишкових ліків, шкідливих продуктів життєдіяльності. Отже, поняття про адсорбцію із розчинів необхідне для розуміння багатьох процесів в організмі на молекулярному рівні. Адсорбція на твердих адсорбентах широко використовується і в промисловості. Вона застосовується для очистки вітамінів, анестетиків, антибіотиків, виготовлення “імобілізованих” ферментів, стандартизації та ідентифікації лікарських засобів. Тверді адсорбенти застосовуються також для очистки промислових викидів і регенерації стічних вод.

3. МЕТА. Сформувати уявлення про механізм та закономірності адсорбції речовин із розчинів на поверхні твердого тіла. Набути практичних навичок у проведенні адсорбції твердим адсорбентом із розчину та розрахунків за адсорбційним рівнянням Фрейндліха.

Студент повинен знати:

особливості адсорбції з розчинів на твердих адсорбентах, теорію адсорбції Ленгмюра;

особливості молекулярної адсорбції неелектролітів, правило вирівнювання полярностей Ребіндера;

види та особливості адсорбції електролітів із розчинів, правило Панета-Фаянса;

біологічне значення та напрямки практичного застосування адсорбції з розчинів;

вміти:

проводити розрахунки за рівняннями адсорбції Ленгмюра та Фрейндліха;

будувати графіки ізотерми адсорбції та знаходити константи у рівнянні Фрейндліха розрахунково-графічним методом;

оволодіти навичками:

проведення адсорбції із розчину твердим адсорбентом та визначення величини адсорбції розчиненої речовини розрахунково-графічним методом.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ ТА НАВИЧКИ, НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Поняття про полярність молекул.

2) Вміння будувати графіки.

(Матеріал шкільної програми з хімії та математики).

3) Поняття про гомогенні системи, фазові рівноваги.

4) Вміння та навички кислотно-основного титрування.

(Матеріал попередніх занять).

5. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Поверхневі явища на межі поділу фаз “рідина - тверде тіло”.	1.1. Поняття про активні центри на поверхні адсорбента.
2. Адсорбція із розчинів твердими адсорбентами.	2.1. Особливості адсорбції із розчинів. 2.2. Рівняння адсорбції Ленгмюра та Фрейндліха, особливості їх застосування. 2.3. Застосування твердих адсорбентів у медицині та фармацевтичній промисловості. Адсорбційна терапія.
3. Молекулярна адсорбція із розчинів.	3.1. Адсорбція неелектролітів. Правило вирівнювання полярностей Ребіндера.
4. Адсорбція із розчинів електролітів.	4.1. Вибіркова адсорбція. Правило Панета-Фаянса. 4.2. Йонообмінна адсорбція. Йонообмінники. 4.3. Особливості адсорбції слабких електролітів.
5. Адсорбція оцтової кислоти на активованому вугіллі.	5.1. Методика дослідження адсорбції оцтової кислоти та побудова ізотерми адсорбції. 5.2. Визначення коефіцієнтів у рівнянні Фрейндліха для адсорбції оцтової кислоти розрахунково-графічним методом.

6. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вказати фактори, від яких залежить адсорбція на межі поділу фаз “рідина - тверде тіло”.

а) природа адсорбента, тиск, температура;

б) природа адсорбента, природа рідини, тиск, температура;

в) природа адсорбента, природа рідини, температура;

г) тиск, температура.

2) Вказати, з якого розчинника активоване вугілля (неполярний адсорбент) буде краще адсорбувати поверхнево-активну речовину. Діелектрична проникність розчинників показана у дужках.

а) з води (80); б) з етанолу (25,2); в) з ацетону (20,7); г) з гексану (1,9).

3) Вказати, чи виконується правило Дюкло-Траубе при адсорбції дифільних молекул з розчинів на твердому адсорбенті.

а) не виконується;

б) виконується тільки для неполярних адсорбентів;

в) виконується тільки для неполярних адсорбентів при адсорбції з полярних розчинників;

г) виконується тільки для неполярних адсорбентів при адсорбції з полярних розчинників і для полярних адсорбентів при адсорбції з неполярних розчинників.

4) Вказати, які з наведених факторів впливають на адсорбцію йонів твердим адсорбентом з водного розчину:

1) заряд йона, 2) ступінь гідратації йона, з) природа йона,

4) природа адсорбента, 5) маса адсорбента, 6) загальний тиск.

а) 1 - 4; б) 1 - 6; в) 1, 3, 4; г) 1, 4, 5.

5) Вибрати йони, які за правилом Панета-Фаянса здатні адсорбуватися на поверхні кристалічного йодиду аргентуму.

а) Ag⁺; б) I; в) NO₃; г) Na⁺.

6) Вибрати йони, які за механізмом йонообмінної адсорбції можуть бути адсорбовані катіонітом в Н⁺-формі.

а) Cl; б) Са²⁺; в) NO₃; г)Na⁺.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ.

1) Правильна відповідь в).

Адсорбція на межі поділу фаз рідина тверде тіло залежить від природи адсорбента та адсорбата (рідина), температури і практично не залежить від тиску, оскільки рідини майже на стискуються.

2) Правильна відповідь а).

Вугілля є неполярним гідрофобним адсорбентом. Згідно з правилом урівнювання полярностей Ребіндера, поверхнево-активна речовина краще буде адсорбуватися на вугіллі з полярного розчинника, займаючи тим самим проміжне за полярністю місце між розчинником і адсорбентом. Найбільш полярним розчинником з тих, що наведені у відповідях, є вода.

3) Правильна відповідь в).

Правило Дюкло-Траубе виконується тільки при адсорбції поверхнево-активних речовин на гідрофобних адсорбентах з водних розчинів або розчинів на базі полярних розчинників, і при збільшенні вуглеводневого радикала (гідрофобної частини дифільної молекули) адсорбція молекул ПАР збільшується. При адсорбції ПАР з неполярних розчинників на гідрофільних адсорбентах спостерігаються результати, обернені правилу Дюкло-Траубе: збільшення гідрофобного ланцюга дифільної молекули призводить до зменшення адсорбції.

4) Правильна відповідь а).

Адсорбція йонів тим більша, чим більший вони мають заряд і менший ступінь гідратації. Чим ближчі за природою йони та адсорбент, тим краще йде адсорбція йонів. Маса адсорбента не впливає на адсорбцію йонів, яка кількісно залежить від площі поверхні адсорбента. Роль тиску при адсорбції на межі поділу фаз “рідина-тверде тіло” обговорювалася раніше.

5) Правильні відповіді а), б).

За правилами Панета-Фаянса кристалічну гратку AgI можуть добудовувати йони Ag⁺ та І, отже, тільки вони будуть адсорбуватися на поверхні кристали-ків AgI у залежності від того, який йон знаходиться у надлишку.

6) Правильні відповіді б), г).

Катіоніт у Н⁺-формі здатний обмінювати свої рухомі йони Н⁺ на катіони, що знаходяться у розчині. Отже, пропускаючи розчин з катіонами кальцію або натрію крізь шар такого катіоніту, можна повністю звільнити розчин від цих катіонів, замінивши їх на катіони гідрогену.

7. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

Приготування початкових розчинів оцтової кислоти.

У чотири пронумеровані колби внести по 50,0 см³ дистильованої води. У першу колбу додати 50,0 см³ вихідного розчину оцтової кислоти з концен-трацією приблизно 0,8 моль/дм³. Вміст першої колби перемішати, перенести 50,0 см³ цього розчину у другу колбу. Вміст другої колби також перемішати і перенести 50,0 см³ цього розчину у третю колбу. Із третьої колби таким же чином переносять 50,0 см³ у четверту, з якої після перемішування 50,0 см³ виливають геть. Таким чином, концентрація оцтової кислоти у першій колбі буде вдвічі меншою, ніж концентрація вихідного розчину, а концентрація кожного наступного з початкових розчинів буде вдвічі меншою, ніж попереднього.

. Проведення адсорбції оцтової кислоти на вугіллі.

До кожного з чотирьох початкових розчинів додати по 1 г активованого вугілля. Витримати колби 20 хвилин при регулярному перемішуванні сумішей. Протягом цього часу відбувається адсорбція оцтової кислоти на вугіллі, і встановлюється адсорбційна рівновага.

Визначення точної концентрації оцтової кислоти у початкових розчинах.

Спочатку визначити точну концентрацію вихідного розчину оцтової кислоти. Для цього 5,0 см³ вихідного розчину відтитрувати робочим розчином NaOH по фенолфталеїну і розрахувати концентрацію оцтової кислоти у вихідному розчині за формулою:

С_вих(CH₃COOH) = , моль/дм³, де:

C (NaOH) - концентрація робочого розчину NaOH, моль/дм³;

V (NaOH) - середній обєм титранта, см³;

V (CH₃COOH) - обєм вихідного розчину оцтової кислоти, що був узятий на титрування, см³.

Потім розрахувати концентрацію оцтової кислоти у кожному з чотирьох початкових розчинів - С_0і.

Значення занести у таблицю.

Визначення рівноважних концентрацій оцтової кислоти після адсорбції.

Приготувати чотири чисті сухі колби з лійками і сухими фільтрами.

Після закінчення адсорбції профільтрувати всі чотири розчини, відкидаючи перші порції фільтратів.

У колбу для титрування послідовно відбирати по 10,0 см³ кожного з фільтратів і титрувати робочим розчином NaOH по фенолфталеїну. Розрахувати концентрацію оцтової кислоти у кожному фільтраті - С_і.

Проведення розрахунків.

Визначити кількість адсорбованої оцтової кислоти за формулою:

X_i = (C_0i - C_i)· , моль

де: С_0і , С_і - відповідно початкова та рівноважна концентрації оцтової кислоти, моль/дм³;

V - обєм розчину оцтової кислоти, взятий для адсорбції, см³ .

Розрахувати величину адсорбції оцтової кислоти на 1 кг адсорбента за формулою:

= · 1000 , моль/кг

де: m(вуг.) - маса активованого вугілля, взятого для адсорбції, г;

m(вуг.) = 1 г.

Визначають значення : lg C_i та lg .

Результати всіх розрахунків заносять у таблицю.

Побудова графіків та визначення констант у рівнянні Фрейндліха для адсорбції оцтової кислоти.

Оформлення протоколу лабораторної роботи.

У зошиті записати необхідні розрахунки, побудувати графіки, заповнити таблицю, зробити висновок.

8. ЛІТЕРАТУРА.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. -В: НОВА КНИГА, 2006, с. 562-601.

2. Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. - К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Київ: Вища школа, 1986.-С.166 - 174.

4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.-М.: Высшая школа, 1975. -С. 158 - 158.

ЗАНЯТТЯ 2.7

1.ТЕМА. Іонний обмін. Хроматографія.

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Хроматографія як фізико-хімічний метод аналізу широко застосовується в науковій та лабораторній практиці. Методами хроматографічного аналізу розділяють та ідентифікують амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди та інші біоорганічні сполуки; вони застосовуються для визначення складу промислових газоподібних і рідких викидів. У комплексі з іншими методами фізико-хімічного аналізу хроматографія є найважливішим методом дослідження в біології, медицині та фармації, методом екологічного контролю та моніторингу.

3. МЕТА. Сформувати уявлення про види, особливості та можливості хроматографії, напрямки її застосування у біохімічному, лабораторному, санітарно-гігієнічному аналізі. Набути практичних навичок у проведенні розподільної паперової хроматографії та адсорбційної хроматографії на твердому адсорбенті.

Студент повинен знати:

суть хроматографічного аналізу;

класифікацію хроматографічних методів за типом фізико-хімічного процесу;

основні види хроматографії за технікою виконання;

можливості застосування хроматографії у біології, медицині, екології;

вміти:

проводити якісну колоночну адсорбційну хроматографію;

оволодіти навичками:

розділення та якісного визначення речовин методом розподільної паперової хроматографії.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ ТА НАВИЧКИ, НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Поняття про гідрофільність (полярність) і гідрофобність (неполярність) сполук.

2) Поняття про адсорбцію, розподіл речовин між двома фазами, що не змішуються.

3) Поняття про гетерогенну рівновагу на межі поділу фаз. (Матеріал попередніх занять з хімії).

5. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів)



Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Суть хроматографічного методу аналізу.	1.1. Розділення сумішей та ідентифікація компонентів. Якісний та кількісний аналіз.
2. Класифікація хроматографічних методів за типом фізико-хімічного процесу, на якому вони базуються.	2.1. Адсорбційна хроматографія. 2.2. Розподільна хроматографія. 2.3. Йонообмінна хроматографія. 2.4. Осадова хроматографія. 2.5. Гель-фільтрація.
3. Види хроматографічного аналізу за технікою виконання.	3.1. Газова та газо-рідинна хроматографія. 3.2. Паперова та тонкошарова хроматографія. 3.3. Колоночна хроматографія.
4. Можливості застосування хроматографії у біології, медицині, фармації, екології.
5. Методика розділення амінокислот за допомогою розподільної паперової хроматографії.

6. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вибрати процеси, що лежать в основі хроматографічних методів дослідження:

1 - йонний обмін, 2 - розчинення у воді, 3 - адсорбція,

4 - випаровування, 5 - кристалізація, 6 - розподіл між двома фазами.

а) 1, 3, 4; б) 2, 3, 4, 6; в) 1, 3, 6; г) 2, 4, 5.

2) Вибрати методи хроматографічного аналізу, що базуються на розподілі компонентів суміші між двома рідкими фазами:

1 - газоадсорбційна хроматографія, 2 - паперова хроматографія,

3 - гель-хроматографія, 4 - адсорбційна колонкова хроматографія,

5 - тонкошарова хроматографія, 6 - йонообмінна хроматографія.

а) 2, 5; б) 4, 6; в) 1, 3; г) 1, 2.

3) Вказати, яка речовина є нерухомою фазою у паперовій хроматографії.

а) органічний розчинник; б) вода; в) целюлоза;

г) у паперовій хроматографії нерухомої фази немає.

4) Вказати параметри паперової хроматографії, які треба стандартизувати при точному визначенні факторів утримування компонентів суміші, що розділяється:

1-температура, 2-тиск, 3-кількість рухомої фази, 4-вид паперу, 5-розмір і форма паперу, 6-вид розчинника.

а) 3,5; б) 4,6; в) 1,3; г) 2,4.

5) Вказати, що характеризує величина фактору утримування у паперовій хроматографії.

а) відношення розчинностей компонентів у розчиннику;

б) відношення розчинностей компонентів у нерухомій фазі;

в) відношення швидкостей руху компонентів суміші;

г) відношення швидкостей руху компонента і розчинника.

6) Вказати вид хроматографії, що має спільний механізм дії з методом одержання прісної або демінералізованої води.

а) адсорбційна; б) розподільна; в) йонообмінна; г) осадова.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ.

1) Правильна відповідь в).

Розчинення, випаровування та кристалізація не належать до процесів, на яких грунтується хроматографія.

2) Правильна відповідь а).

З наведених видів хроматографії тільки у паперовій та тонкошаровій компоненти суміші розподіляються між нерухомою фазою та розчинником (рухома фаза), який поступово рухається від стартової точки до краю паперу. Нерухомою фазою у паперовій хроматографії є волога фільтру, а у тонкошаровій хроматографії - рідина, якою попередньо просочують шар адсорбента.

3) Правильна відповідь б).

Вода, точніше волога паперу, є нерухомою фазою у паперовій хроматографії. Спеціальний хроматографічний папір містить більше 20% вологи.

4) Правильна відповідь б).

Від виду паперу (а не його розмірів і форми), виду розчинника залежать значення факторів утримування даних компонентів. Тиск і кількість розчинника, який завжди береться у надлишку для даних розмірів паперу, на значення факторів утримування не впливають. Температура теж не стандартизується, а береться трохи вищою за кімнатну.

5) Правильна відповідь г).

6) Правильна відповідь в).

Йонообмінна хроматографія, як і одержання демінералізованої або прісної води, базується на йонному обміні між йонами рідкої фази (води, розчину) та рухливими йонами йонообмінної смоли. У йонообмінній хроматографії застосовуються переважно або катіоніт (обмінюється катіонами) або аніоніт (обмінюється аніонами), а при одержанні демінералізованої води її пропускають послідовно через катіоніт і аніоніт, замінюючи катіони й аніони, що містяться у воді, на катіони Н⁺ та аніони ОН.

7. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

Проведення адсорбційної хроматографії катіонів на оксиді алюмінію

Розділення катіонів Fe³⁺ та Сu²⁺ проводять за допомогою адсорбційної колоночної хроматографії. Підготувати колонку для хроматографії таким чином: взяти суху скляну трубку довжиною 12 - 15 см із внутрішнім діаметром біля 1 см, що має відтягнутий вузький кінець.

У цей кінець заштовхати трохи вати, а потім заповнити трубку порошком оксиду алюмінію на 4 - 5 см по висоті, періодично постукуючи по трубці, запобігаючи утворенню порожнеч. Підготовлену колонку вертикально закріпити у штативі. Відібрати приблизно по 3 см³ розчинів хлориду феруму(III) і сульфату купруму з однаковою молярною концентрацією еквівалента та змішати ці розчини у пробірці. Одержаний розчин обережно перелити у колонку. Знизу підставити пусту колбочку.

Через деякій час верхній шар адсорбента забарвиться у жовтий колір (катіони Fe³⁺), а нижче утвориться блакитний шар (катіони Сu²⁺).

Після того, як через адсорбент пройде весь розчин, для більшої наочності досліду, треба промити адсорбент невеликою кількістю води, а потім пропустити через колонку проявлювач - розведений розчин жовтої кровяної солі K₄Fe(CN)₆. Тоді верхній шар забарвиться у темносиній колір, а шар катіонів купруму - у коричневий.

Зробити висновок про залежність адсорбції катіонів на оксиді алюмінію від заряду катіону. Колонку із забарвленими шарами катіонів намалювати у протоколі роботи.

Проведення розподільної хроматографії амінокислот на папері.

Потім на місця старту нанести краплі відповідних розчинів: гліцину, лейцину та суміші цих амінокислот. Краплі не повинні бути більшими, ніж 3-4 мм у діаметрі. Нанести по 3-4 краплі поступово, підсушуючи попередню пляму перед нанесенням наступної краплі.

У чашку Петрі налити розчинник, покласти фільтр таким чином, щоб відігнутий язичок був занурений у розчинник. Зверху папір накрити другою чашкою Петрі та поставити у термостат з температурою 45-50⁰С. Коли розчинник дійде майже до краю фільтра, вийняти папір, підсушити його у сушильній шафі та обробити проявником - розчином нінгідрину. Хроматограму підсушити у термостаті - на ній проявляться кольорові плями амінокислот.

За допомогою хроматограми визначити фактори утримування амінокислот гліцину та лейцину. Лінійкою відміряти відстань від місця старту до середини плями кожної з амінокислот та від місця старту до лінії фронту розчинника.

Розрахувати фактори утримування (R_f) амінокислот за формулами: