Мосмоль л расшифровка. Важная информация про осмолярность крови

ПЛАЗМОЗАМЕЩАЮЩИЕ РАСТВОРЫ

При больших кровопотерях, ожогах, отравлениях, травмах, операциях на сердце и крупных сосудах требуется большое количество донорской крови. Кроме нее, для поддержания жизнедеятельности организма в перечисленных случаях широко используют плазмозамещающие растворы. Плазмозамещающие растворы вводятся в организм объемом более 100 мл, т.е. являются инфузионными. Помимо общих требований, предъявляемых к лекарственным формам для инъекций, плазмозамещающие растворы должны быть изотоничны, изоионичны, изогидричны, изовязкостны плазме крови.

Это показатель, позволяющий оценить суммарный вклад различных растворенных веществ в осмотическое давление раствора (ГФ РБ Т. I, С. 69-71).

Единицей осмоляльности является осмоль на килограмм растворителя (осмоль/кг), но на практике обычно используется единица миллиосмоль на килограмм растворителя (молмоль/кг).

Осмоляльность определяется по понижению температуры замерзания раствора, если нет других указании в частной статье. Зависимость между осмоляльностью и понижением температурой замерзания ΔТ выражают соотношением:

Наряду с понятием «осмоляльность» в практике используют понятие «осмолярность». Аналогично осмоляльности, осмолярность показатель, позволяющий оценить суммарный вклад различных растворенных веществ в осмотическое давление раствора.

Данные показатели близки и отличаются друг от друга только способом выражения концентрации растворов – моляльной и молярной.

Осмоляльность – количество осмолей на 1 кг растворителя.

Осмолярность – количество осмолей на 1 л раствора.

Для идеальных растворов масса осмоля в граммах представляет собой отношение грамм-молекулярной массы вещества к числу частиц или ионов, образующихся при его растворении.

Для разбавления растворов, близких к идеальным, осмоляльность и осмолярность могут быть рассчитаны теоретически.

Осмолярность идеальных растворов может быть рассчитана по формуле:

Осмолярность = концентрация вещества х количество частиц

молекулярная масса

концентрация вещества – количество растворенного вещества на литр раствора, в граммах;

количество частиц – число частиц или ионов образующихся при растворении одно молекулы вещества;

Единицей осмолярности является осмоль на литр раствора (осмоль/л), но на парктике обычно используется единица миллиосмоль на литр раствора (мосмоль/л).

При повышении концентрации раствора взаимодействие между частицами вещества возрастает, и фактическая осмолярность понижается по сравнению с осмолярностью идеального раствора. Теоретически расчет осмолярности растворов веществ с большой молекулярной массой (например, белковых гидролизатов) и высококонцентрированных растворов невозможен. В таких случаях путем по понижению температуры замерзания раствора или по понижению давления пара над раствором. Понижение температуры замерзания на 1,86 о С и понижение давления пара на 0,3 мм рт. ст. при температуре 25 о соответствует 1 осмолю на килограмм воды.

Растворы, равные по осмоляльности (осмолярности) 0,9% раствору натрия хлорид, называют изотоничными.

Осмолярность плазмы крови здорового человека составляет в среднем 285 мОсм/л, раствора натрия хлорида 0,9% - 302,4, раствора глюкозы 5% - 290, раствора глюкозы 10% - 600 мОсм/л.

Гиперосмолярные состояния наступают в результате почечной недостаточности, острой и хронической сердечной недостаточности, инфаркта миокарда, ожогов, сепсиса и приводят к гибели от 4 до 70% больных.

Введение в организм инфузионных растворов без учета их осмолярности и ионного состава, например, больших доз маннитола или натрия гидрокарбоната, может привести к развитию тромбозов, кровотечений, вызвать тяжелые повреждения внутренних органов. Так 8,4%-ный раствор натрия гидрокарбоната на 20%-ном растворе глюкозы, применяющийся для коррекции ацидоза у новорожденных детей, часто вызывает гиперосмолярную кому.

Некоторые плазмозамещающим растворы промышленного производства отвечают требованиям изоионичности, изогидричности, изовязкостности, которые не являются фармакопейными.

Осмос - это физическое явление, сутью которого является перемещение воды через полупроницае­мую мембрану, обусловленное разницей концент­раций недиффундирующих частиц растворенного вещества, находящихся по обе стороны мембра­ны. Осмотическое давление - это давление, ко­торое необходимо приложить, чтобы предотвра­тить движение воды через полупроницаемую мембрану в направлении раствора с большей кон­центрацией. Осмотическое давление зависит только от концентрации недиффундирующих час­тиц, поскольку средняя кинетическая энергия этих частиц одинакова и не зависит от их массы. Один осмоль соответствует 1 молю недиссоции­рующего вещества. Для веществ, находящихся в ионизированном состоянии, каждый моль соот­ветствует я-ому числу осмолей, где п - количе­ство образующихся при диссоциации ионов. При растворении 1 моля такого высокоионизирован­ного вещества, как NaCl, должно образовываться 2 осмоля, но в реальности взаимодействие катио­нов и анионов снижает эффективную осмотичес­кую активность раствора NaCl на 25 %. Разница в 1 миллиосмоль/л между двумя растворами созда­ет осмотическое давление, равное 19,3 мм рт. ст. Осмолярность раствора - это количество осмо­лей растворенного вещества, содержащегося в 1 л

ТАБЛИЦА 28-1. Жидкостные компартменты организма (у мужчины с массой тела 70 кг)

раствора, тогда как осмоляльность - это количе­ство осмолей вещества, растворенного в 1 кг растворителя. Тоничность, осмолярность и осмо­ляльность часто используют как взаимозаменяе­мые термины, что не вполне корректно. Тонич­ность отражает влияние раствора на объем клетки. Изотонический раствор не влияет на объем клетки, в то время как гипотонический ра­створ приводит к увеличению объема (вода по­ступает в клетку), а гипертонический - наоборот, к уменьшению (вода выходит из клетки).

Жидкостные компарменты организма

Вода составляет 60 % массы тела взрослого муж­чины и 50 % - взрослой женщины. Вода распреде­лена во внутриклеточном и внеклеточном компарт-ментах. Внеклеточная жидкость подразделяется на интерстициальную и внутрисосудистую. Ин­терстициальная жидкость омывает клетки снару­жи и находится вне сосудистого русла. В табл. 28-1 представлено распределение воды в жидкостных компартментах организма.

Объем жидкостных компартментов зависит от состава и концентрации растворенных в них ве­ществ (табл. 28-2). Различия в концентрации обус­ловлены в основном физическими свойствами

мембран, отделяющих жидкостные пространства. Осмотические силы, обусловленные недиффунди­рующими частицами, определяют распределение воды в организме и, соответственно, объем жидко­стных компартментов.

Внутриклеточная жидкость

Клеточная мембрана играет важную роль в регуля­ции внутриклеточного объема жидкости и ее хими­ческого состава. Мембраносвязанная АТФ-аза обеспечивает движение противоположно направ­ленных потоков Na + и K + в соотношении 3: 2. Кле­точная мембрана проницаема для ионов калия, но относительно непроницаема для ионов натрия, по­этому калий накапливается внутри клетки, а нат­рий концентрируется во внеклеточном простран­стве. Таким образом, калий является основным осмотически активным компонентом внутрикле­точной жидкости, тогда как натрий - основной осмотически активный компонент внеклеточной жидкости.

Клеточная мембрана непроницаема для боль­шинства белков, поэтому их концентрация в клет­ке высока. Белки представляют собой недиффун­дирующие анионы, поэтому мембраносвязанная Ка + /К + -зависимая АТФ-аза обеспечивает обмен Na + на K + в соотношении 3: 2, что предотвращает развитие относительной внутриклеточной гипер-

ТАБЛИЦА 28-2. Химический состав жидкостных компартментов организма человека

Молярная масса РО4 = 95 г/моль.

осмоляльности. Нарушение функции Na + /K + -3a-висимой АТФ-азы (например, при ишемии или гипоксии), приводит к прогрессирующему набу­ханию клеток.

Внеклеточная жидкость

Основная функция внеклеточной жидкости - обеспечение клеток питательными веществами и удаление продуктов обмена. Поддержание нор­мального объема внеклеточного пространства, осо­бенно внутрисосудистой жидкости, чрезвычайно важно для нормального функционирования орга­низма. Натрий - основной катион и осмотически активный компонент внеклеточной жидкости, по­этому именно концентрация натрия определяет объем внеклеточной жидкости. Следовательно, из­менения объема внеклеточной жидкости сопряже­ны с изменениями общего содержания натрия в организме, что, в свою очередь, определяется по­ступлением натрия в организм, его экскрецией почками и внепочечными потерями.

Осмотические силы играют основную роль в распределении жидкости в организме. Осмолярность плазмы зависит от взаимодействия множества компонентов, находящихся в растворе. Физиологическая концентрация осмотически активных веществ измеряется в милиосмолях (мосм).

Осмолярность плазмы не зависит от химической активности или степени ионизации соединений. Для незаряженных соединений, таких как глюкоза, 1 моль глюкозы, добавленный к 1 л дистиллированной воды, будет увеличивать ее осмолярность с 0 до 1 осм/л. Для веществ, способных к ионизации, которые диссоциируют с образованием двух ионов (такие как натрия хлорид), добавление 1 моль вещества к воде будет увеличивать ее осмолярность 2 осм/л. Основные вещества, обусловливающие осмолярность плазмы, — натрия хлорид, мочевина и глюкоза. Нормальная осмолярность плазмы составляет 285 мосм/л. Часто термины «осмолярность» и «осмоляльность» путают. Оба эти термина обозначают концентрацию осмотически активных веществ, но они выражаются в разных единицах. Осмолярность плазмы отражает содержание осмотически активного вещества в 1 л раствора (осм/л). Осмоляльность отражает содержание растворенного вещества на 1 кг растворителя (осм/кг). Лабораторные осмометры измеряют осмоляльность, но не осмолярность плазмы. Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей у человека в норме равны. Основные вещества, обусловливающие осмотическую активность плазмы, — натрия хлорид, глюкоза и мочевина.

Осмолярность может быть выражена простым уравнением:

мосм/л = 2 = Глюкоза ¸ 18 + Азот мочевины крови ¸ 2,8.

По взаимному соглашению лаборатории приводят значение измерений глюкозы и азота мочевины крови в миллиграммах на децилитр. Коэффициенты коррекции для глюкозы и мочевины в данном уравнении просто переводят миллиграммы на децилитр в миллимоль на литр. Поскольку вода свободно проникает через полупроницаемые мембраны, осмолярность внутриклеточной и внеклеточной жидкости одинакова.

Осмотическое давление

Осмотическое давление, или эффективная осмолярность, определяет движение воды сквозь клеточную мембрану. Осмотическое давление рассчитывают с учетом только концентрации не проходящих сквозь мембрану растворенных веществ. Мочевина свободно проникает сквозь клеточные мембраны, практически так же быстро, как вода. Это означает, что мочевина не вносит вклад в осмотическое давление. Нормальная эффективная осмотическая активность жидкостей организма составляет 280 мосм/кг. Снижение эффективной осмолярности плазмы подразумевает относительный избыток воды, тогда как возрастание эффективной осмолярной активности отражает относительную дегидратацию.

Регуляция осмолярности плазмы

Наибольшую роль в регуляции осмолярности внутрисосудистого объема играют почки. Осморецепторы в задней доле гипофиза улавливают малейшие изменения осмолярности сыворотки, а затем регулируют высвобождение антидиуретического гормона (АДН). Барорецепторы в почках, сонных артериях и в некоторых других зонах определяют малейшие изменения давления. Обычно барорецепторы играют лишь небольшую роль в поддержании объема жидкости.

Еще одним ключевым регулятором поддержания объемного равновесия служит ренин-ангиотензин-альдостероновая система. Ренин — фермент, секретируемый юкстагломерулярными клетками афферентных артериол в ответ на снижение артериального давления, снижение объема циркулирующей жидкости, уменьшение количества натрия, доставляемого в плотное пятно (гипонатриемия), и увеличение b-адренергической активности. Ренин превращает ангиотензиноген в ангиотензин-1, который в свою очередь превращается в ангиотензин-2 под действием ангиотензин превращающего фермента (АПФ) при прохождении через легкие. Ангиотензин вызывает высвобождение альдостерона из коркового слоя надпочечников. Альдостерон в свою очередь воздействует на дистальные канальцы и собирательные трубочки, усиливая реабсорбцию натрия и экскрецию калия. Ангиотензин также повышает симпатическую активность, сердечный выброс и периферическое сопротивление.

Рис. 6. Схема возникновения осмотического давления

Вант Гофф предложил эмпирическое уравнение для расчета осмотического давления разбавленных растворов неэлектролитов:

Р осм (Х) = с (Х) R T ,

где с (Х) – молярная концентрация вещества в растворе, моль/л.

По форме это уравнение аналогично уравнению КлапейронаМенделеева для идеальных газов, поэтому несмотря на то, что эти уравне-

ния описывают разные процессы, Вант Гофф сформулировал следующий закон:

Осмотическое давление равно тому давлению, которое оказывало бы растворенное вещество, если бы оно, находясь в газообразном состоянии, занимало при той же температуре объем, равный объему раствора.

Как упоминалось выше, коллигативные свойства не зависят от природы растворѐнного вещества, следовательно, они характерны для идеальных растворов, в которых отсутствуют межмолекулярные взаимодействия и которые не существуют в природе. Для учѐта межмолекулярных взаимодействий в реальных растворах Вант-Гофф предложил использовать изотонический коэффициент.

Изотонический коэффициент (i ) – это параметр, учитывающий межмолекулярные взаимодействия в реальных растворах:

i = 1 – для разбавленных растворов неэлектролитов; i > 1 – для разбавленных растворов электролитов;

i < 1 – для коллоидных растворов, содержащих ассоциаты.

Взаимосвязь изотонического коэффициента со степенью диссоциации () выражается уравнением:

i = 1 + (n –1)

где n – число ионов, образующих данный электролит.

Для растворов электролитов осмотическое давление рассчитывается по формуле:

Р осм (Х) = i с (Х) R T

 Для плазмы крови Росм = 740–780 кПа.

Плазма крови сложная многокомпонентная система, поэтому для учѐта еѐ осмотических свойств было введено понятие осмолярной (осмолярность) или осмоляльной (осмоляльность) концентраций, разница между которыми незначительна вследствие относительной разбавленности биологических растворов.

Осмолярная концентрация – количество всех кинетически активных частиц, содержащихся в 1 л раствора, независимо от их формы, размера и природы.

с осм = i с (Х)

 Осмолярная концентрация плазмы крови равна

0,29–0,31 осмоль/л.

Осмоляльность – концентрация осмотически активных частиц в растворе, выраженная в количестве осмоль на килограмм растворителя (осм/кг).

В норме осмоляльность плазмы (Опл) определяется концентрацией Na + , мочевины и глюкозы.

В норме осмоляльность плазмы составляет 275-290 мосм/кг. Осмоляльность плазмы сохраняется постоянной благодаря механизмам, способным реагировать на изменения, равные 1-2% ее исходной величины

Осмоляльность является показателем осмотической концентрации и

связана с числом растворенных частиц. Она определяется степенью диссоциации или, наоборот, ассоциации молекул, присутствующих в данной массе раствора. Осмоляльность выражается в (ммоль/кг. Осмоляльность

часто путают с осмолярностью, которая определяется как количество частиц в данном объеме раствора (т.е. в ммоль/л). Осмолярность и осмоляльность такого раствора как моча обычно совпадают и различить их расхождения в обычной биохимической лаборатории не представляется возможным. Осмоляльность мочи или других тканевых жидкостей может быть выражена через осмотическое давление. Если раствор отделить от растворителя полупроницаемой мембраной, то растворитель будет стремиться перейти в раствор. Гидростатическое давление, которое должно уравнять давление растворителя, и будет соответствовать осмотическому давлению, определяемому осмоляльностью раствора. В случае клеточной мембраны осмотическое давление зависит от концентрации частиц, которые не проходят через мембрану ("эффективная" осмомоляльность или тоничность среды).

Одна из основных функций почек – экскреция растворимых веществ и их производных. Большинство веществ выводятся из организма именно через почки. Так как имеется почечный порог для большинства компонентов мочи, то основными растворенными в моче веществами являются хлорид натрия и мочевина. Количество экскретируемого хлорида натрия составляет от 5 до 25 граммов за 24 часа; количество мочевины за это же время составляет от 10 до 40 граммов. Количество солей в моче отражает их содержание в пище, количество мочевины - потребление белка.

Относительная плотность или удельный вес, которая определяется количеством растворенных веществ в моче, является одним из самых традиционных тестов, который входит в состав общего анализа мочи. Осмоляльноть является более строгим показателем, чем относительная плотность. Она зависит от числа частиц, содержащихся в растворе, тогда как относительная плотность зависит как от числа, так и от характера растворенных частиц. Осмоляльность и плотность мочи тесно связаны между собой, однако преимуществом использования единиц осмоляльности является возможность сравнения мочи с кровью, что предоставляет большие возможности в распознавании почечной активности. Одним из принципиальных преимуществ измерения осмоляльности, а не плотности мочи является то, что белок и глюкоза не так сильно влияют на осмоляльность, как на плотность (удельный вес). На увеличение в моче глюкозы, белка, лекарств или их метаболитов, маннитола или декстранов (в результате внутривенного введения) косвенно указывает нарушение линейной связи между относительной плотностью и осмоляльностью при значениях относительной плотности свыше 1,030 г/мл.

Измерение осмоляльности мочи и сыворотки позволяет определить концентрирующую способность почек. У здоровых людей осмоляльность может меняться от 50 до 1000 ммоль/кг, что соответствует колебанию относительной плотности от 1,001 до 1,030 г/мл. Нормальные почки здоро-

вого человека способны разводить и концентрировать мочу с минимальных значений 50-80 ммоль/кг, что соответствует относительной плотности 1,001-1,002 г/мл, до максимальных значений 1400 ммоль/л. Осмоляльность (или относительная плотность) наиболее высока в первой утренней порции мочи и составляет, как правило, более 700 ммоль/л (1,020 г/мл). Нормальный диапазон осмоляльности мочи составляет от 200 до 1000 ммоль/л (1,005-1,030 г/мл), но обычно осмоляльность мочи составляет 350-850 ммоль/л (относительная плотность 1,010-1,025 г/мл). Нормальный диапазон концентрирования мочи для пациентов при обычном потреблении воды и пищи от 550 до 850 ммоль/л (1,015-1,025 г/мл).

Изотонические растворы – растворы с одинаковым осмотическим давлением.

При контакте с изотоническим раствором осмотической ячейки , представляющей собой систему, отделѐнную от окружающей среды мембраной с избирательной проницаемостью, между ними происходит равновесный обмен растворителем. Все клетки живых организмов являются осмотическими ячейками. Раствор, который изотоничен плазме крови, называется физиологическим , например, 0,9%-ный раствор NaCI.

Гипертонический раствор – раствор, обладающий большим осмотическим давлением по сравнению с контактируемым раствором.

При контакте осмотической ячейки с гипертоническим раствором наблюдается экзосмос - движение растворителя из осмотической ячейки в окружающий еѐ гипертонический раствор. Наблюдаемое при этом явление называется плазмолизом.

Плазмолиз – сжатие и сморщивание клеток за счѐт экзосмоса в гипертоническом растворе.

При внутривенном введении больному гипертонического по отношению к плазме крови раствора происходит осмотический конфликт – обезвоживание и сморщивание клеток вследствие экзоосмоса. При резком плазмолизе клетки могут погибнуть.

Гипертонические растворы используют для промывания гнойных ран, в качестве слабительных препаратов (горькая соль MgSO4 ∙7H2 O, глауберова соль Na2 SO4 ∙10H2 O), диуретиков.

Гипотонический раствор – раствор, обладающий меньшим осмотическим давлением по сравнению с контактируемым раствором.

При контакте осмотической ячейки с гипотоническим раствором происходит эндосмос – движение растворителя в осмотическую ячейку из окружающего еѐ гипотонического раствора, приводящее к набуханию клетки и даже ее разрыву.

Гемолиз – набухание и разрушение за счѐт эндосмоса клеточных мембран эритроцитов в гипотоническом растворе, приводящее к выделе-

нию гемоглобина в плазму (лаковая кровь). Разрушение клеток называют лизисом.

При внутривенном введении больному гипотонического по отношению к плазме крови раствора происходит осмотический «шок» – разрушение клеток вследствие эндосмоса. При разрушении эритроцитов гемоглобин попадает в плазму крови и не может выполнять свою основную функцию – транспорт кислорода, поэтому наступает гипоксия тканей.

Уменьшение осмотического давления за счет потери солевых компонентов может привести к рвоте, судорогам, потере сознания. В связи с этим, например, рабочие горячих цехов, у которых происходит сильное потоотделение, пьют подсоленную воду. Увеличение осмотического давления за счет избытка соли приводит к перераспределению жидкости в организме, которая скапливается в тканях, содержащих избыток соли, вызывая тем самым отѐк.

Рис. 7. Действие осмотического давления на клетки

У животных, которые способны менять количество потребляемой воды в зависимости от обстоятельств, действует особая система осморегуляции. Например, осмолярность мочи бобра, не испытывающего дефицита воды, равна 0,6 осмоль/л, а у живущего в пустыне тушканчика – 9 осмоль/л. У пресноводных рыб тка

невые жидкости гипертоничны по отношению к пресной воде, поэтому такие рыбы накачивают воду путем осмоса через жаберные щели, выводя ее потом из организма с большим объемом разведенной мочи. Напротив, у морских рыб тканевые жидкости гипотоничны по отношению к морской воде, поэтому они через жаберные щели выделяют воду, а для ее компенсации пьют морскую воду. Моча, выделяемая такими рыбами, изотонична морской воде и объем ее очень мал.

При снижении осмотического давления крови до 400-350 кПа наступает гибель организма.

Онкотическое давление – осмотическое давление, создаваемое за счѐт наличия белков в биожидкостях организма. Оно составляет 0,5% от суммарного осмотического давления плазмы крови. В результате понижения онкотического давления при гипопротеинемии происходит перераспределение жидкости в сторону ткани и возникновение онкотических отѐков («голодных» или «почечных»).

Давление насыщенного пара растворителя над раствором

Давление насыщенного пара над растворителем (ро ) – давление,

при котором при данной температуре в системе «жидкость–пар» наступает динамическое равновесие, характеризующееся равенством скоростей испарения и конденсации.

Рис. 8. Испарение чистого растворителя и испарение растворителя из раствора

Если в растворитель ввести нелетучий неэлектролит (рис. 8), то испарение молекул растворителя уменьшится вследствие:

уменьшения подвижности молекул растворителя за счѐт межмолекулярного и ион-дипольного взаимодействия растворитель–вещество;

уменьшения поверхности испарения, т.к. часть поверхности занята молекулами нелетучего вещества; уменьшения молярной доли растворителя и нарушения за счѐт этого

равновесия жидкость-пар. В соответствии с принципом Ле Шателье начинает протекать процесс, стремящийся ослабить влияние воздействия, т.е. конденсация, что и приводит к уменьшению количества пара, а, следовательно, и к снижению его давления над раствором по сравнению с растворителем.

 Давление насыщенного пара растворителя над раствором

всегда меньше, чем над чистым растворителем.

Математически это выражается с помощью I закона Рауля.

I закон Рауля – относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором в сравнении с его давлением над растворителем, равно молярной доле растворенного вещества (N ):

где Р о – давление насыщенного пара над растворителем; Р – давление насыщенного пара над раствором;

n (X) и n (р-ля) – количество растворенного вещества и растворителя.

Для растворов электролитов в математическое выражение I закона Рауля вводится изотонический коэффициент:

Температуры кипения и кристаллизации растворов непосредственно связаны с давлением над ними насыщенного пара растворителя.

Повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации раствора по сравнению с растворителем

Температура кипения жидкости – это температура, при которой давление еѐ паров становится равным внешнему атмосферному давлению.

Например, при давлении 101,3 кПа температура кипения воды равна 100о С, а в горах при пониженном атмосферном давлении соответственно будет и ниже температура еѐ кипения.

Понижение давления пара растворителя в результате растворения в нѐм нелетучего вещества приводит к увеличению скорости конденсации пара и, следовательно, к нарушению равновесия жидкость-пар. Для восстановления этого равновесия, т.е. для повышения давления насыщенного пара над раствором, необходимо повысить температуру, следовательно, температура кипения раствора будет выше температуры кипения растворителя.

Температура кристаллизации (замерзания) растворителя – это температура, при которой давление пара над жидкостью становится равным давлению пара над его твѐрдой фазой.

Растворение нелетучего вещества в растворителе приводит к уменьшению молярной доли растворителя и, соответственно, к нарушению равновесия жидкость–твѐрдая фаза. Для восстановления этого равновесия, т.е. для повышения молярной доли растворителя будет происходить плавление твѐрдой фазы, поэтому для кристаллизации раствора необходимо понизить температуру. Таким образом, температура кристаллизации раствора будет ниже температуры кристаллизации растворителя. При этом температуру кристаллизации следует фиксировать при выделении из раствора первого кристаллика твѐрдой фазы, т.к. при образовании большего количества твѐрдой фазы концентрация растворѐнного вещества будет возрастать и температура замерзания раствора будет понижаться.

Математически эти зависимости выражаются с помощью II закона Рауля.

II закон Рауля – повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации раствора пропорционально моляльной концентрации с m (X) растворенного вещества:

где Е , K – соответственно, эбулиоскопическая и криоскопическая постоянные, зависящие только от природы растворителя.

Математически Е = Т кип и K = Т крист при с m (X) = 1 моль/кг. Однако, при такой концентрации растворенного вещества раствор нельзя считать

разбавленным, поэтому для нахождения этих величин строят график зависимости экспериментально измеренных Т кип и Т крист от с m (X) и экстрапалируют полученную зависимость на ось ординат. Отсекаемые при этом отрезки и будут равны величинам Е и K . В приложении приведены значения Е и K для некоторых жидкостей.

Для растворов электролитов в математическое выражение II закона Рауля вводится изотонический коэффициент i :

Ткип = i Е сm (X) Ткрист = i K сm (X)

На измерении температур кипения и кристаллизации растворов основаны экспериментальные методы эбулиоскопия и криоскопия , которые применяются для определения молярных масс веществ, изотонического коэффициента, степени диссоциации слабых электролитов.Т кип и Т крист , можно рассчитать M (Х). На практике чаще используют криоскопический метод определения молярных масс. Особенно он удобен для изучения органических веществ: исследуемое вещество растворяют в бензоле и с помощью термометра Бекмана точно измеряют Т зам .

Рис. 9. Фазовые переходы

Высоко в горах при низком внешнем атмосферном давлении температура кипения воды может достигать только 60о С. При этой температуре не удается сварить мясо, поэтому у жителей высокогорных сѐл особый рацион питания.

Вы, наверное, замечали, что вода в кастрюле под закрытой крышкой быстрее закипает, а в кастрюле-скороварке быстрее готовится пища, так как благодаря ее особой конструкции, предусматривающей герметичность закрывания крышки, температура кипения воды достигает 104о С. В автоклавах, используемых для дезинфекции медицинского инструментария, температура кипения может достигать 250о С.

Типовые упражнения и задачи с решениями

Задача № 1

В закрытом сосуде находятся два стакана: с чистой водой и с раствором серной кислоты в воде. Какие процессы будут наблюдаться при этом?

Согласно I закону Рауля давление насыщенного пара над чистой водой будет выше, чем над раствором, поэтому будет происходить диффузия

молекул воды в закрытом сосуде от стакана с чистой водой к стакану с раствором. Это приведѐт к нарушению равновесия и протеканию в результате этого следующих процессов:

а) давление насыщенного пара над чистой водой уменьшится, поэтому скорость испарения превысит скорость конденсации, что приведѐт к понижению уровня чистой воды в стакане и уменьшению еѐ температуры вследствие протекания эндотермического процесса испарения; б) давление насыщенного пара над раствором повысится, поэтому ско-

рость конденсации превысит скорость испарения, что приведѐт к повышению уровня раствора в стакане, понижению концентрации растворѐнного вещества и повышению температуры вследствие протекания экзотермического процесса растворения серной кислоты в воде. Понижение концентрации вызовет, в свою очередь, постепенное уменьшение давления насыщенного пара над раствором и, соответственно, уменьшение скорости диффузии молекул воды в закрытом сосуде.

Задача № 2

Почему для чистой воды мы говорим «температура плавления», а для раствора – «температура начала кристаллизации» или «температура появления первых кристаллов»?

Для чистой воды температура фазового перехода вода–лѐд остаѐтся неизменной в течение всего процесса. Согласно II закону Рауля температура кристаллизации раствора будет ниже, чем у растворителя, поэтому при понижении температуры будут образовываться кристаллы растворителя, что приведѐт к постепенному увеличению концентрации растворѐнного вещества и, соответственно, к дальнейшему постепенному понижению температуры кристаллизации. В связи с этим температуру замерзания растворов следует фиксировать при появлении первых кристаллов льда, т.к. это практически будет соответствовать первоначальной концентрации раствора.

Задача № 3

В большом сосуде кипит вода; в этот сосуд поместили другой сосуд также с водой. Закипит ли в нѐм вода? В большой сосуд добавили некоторое количество хлорида натрия. Что произойдѐт в малом сосуде?

В первом случае температура кипения воды будет неизменной, т.к. подводимая к ней теплота затрачивается на эндотермический процесс еѐ испарения, поэтому вода в другом, помещѐнном в неѐ сосуде не закипит. В результате добавления в большой сосуд хлорида натрия температура кипения раствора согласно II закону Рауля увеличится и станет выше темпера-

Осмос отражает движение молекул растворителя через мембрану в область с более высокой концентрацией раствора. Это движение можно замедлить, повышая давление на более концентрированный раствор. Величина такого давления - эффективное осмотическое давление. Уровень эффективного осмотического давления зависит в большей мере от количества, а не типа присутствующих частиц.

Количество осмотически активных молекул присутствующих в растворе выражается в осмолях. Один осмоль вещества равен его молекулярной массе в граммах (один моль) разделенному на количество свободных частиц, которые каждая молекула освобождает в растворе. Так, например, при растворении 180 г глюкозы в1 литре воды образуется раствор с молярной концентрацией в1моль/л и осмолярностью в 1 осмоль/л. Хлорид натрия ионизируется в растворе и каждый ион представляет осмотически активную частицу. При условии полной диссоциации на Na + и Cl - , раствор, содержащий в 1 л 58,5 г NaCl имеет молярную концентрацию в 1 моль/л, а осмолярность в 2 осмоль/л.

В биологических жидкостях концентрация растворов гораздо меньше (ммоль/л), а диссоциация неполная. Следовательно, раствор NaCl содержащий 1 ммоль/л дает величину нескольку меньшую, чем 2 мосмоль/л. Термин осмоляльность отражает количество осмоль на единицу общей массы растворителя и в отличии от осмолярности не зависит от объема различных растворенных в растворе веществ. Смешение явно взаимонезаменяемых терминов осмолярность (измеряется в осмоль/л) и осмоляльность (измеряется в осмоль/кг) вызвано их арифметически одинаковыми значениями в биологических жидкостях: осмолярность плазмы составляет 280-310 мосмоль/л и осмоляльность плазмы - 280-310 мосмоль/кг. Это объясняется ничтожно малым объемом растворенного вещества в биологических жидкостях и фактом, что большинство осмотически активных частиц растворено в воде имеющей плотность равную 1, то есть, осмоль/л = осмоль/кг. Поскольку количество осмолей в плазме определяется путем измерения депрессии точки замерзания, то более точным термином для использования в клинической практике является осмоляльность.

Катионы (в основном Na +) и анионы (Cl - и HCO 3 -) являются главными осмотически активными частицами в плазме. Меньшую роль играют глюкоза и мочевина. Осмолярность плазмы (Р осм) можно определить по формуле:

Р осм = 2 +Глюкоза крови + Мочевина крови = 290 мосмоль/л

(ммоль/л) (ммоль/л) (ммоль/л)

Осмолярность является химическим термином и его не следует смешивать с физиологическим термином тоничность. Этот термин используется для сравнения эффективного осмотического давления раствора по сравнению с таковым в плазме. Принципиальная разница между осмолярностью и тоничностью состоит в том, что омолярность зависит от всех растворенных частиц, в то время как тоничность определяется только частицами, которые не проходят через мембрану клетки. Следовательно, тоничность выражает осмолярную активность растворенных веществ, расположенных во внеклеточном пространстве, то есть тех, которые создают осмотические силы, оказывающие влияние на распределение воды между внутри- и внеклеточной жидкостями. Мочевина свободно переходит через мембрану и не воздействует на распределение воды между этими двумя жидкостными компартментами и не влияет на тоничность. Веществами, которые воздействуют на осмолярность, но не влияют на тоничность, являются также этанол и метанол, поскольку они быстро распределяются по всей воде тела. Но маннитол и сорбитол плохо проходят через мембраны и появляясь во внеклеточном пространстве влияют и на осмолярность и на тоничность. Тоничность плазмы можно определить по формуле:

Тоничность плазмы = 2 + Глюкоза крови = 285 мосмоль/л

(ммоль/л) (ммоль/л)

Вода неравномерно распределена в организме .

В организме различают 2 главных водных пространства:

Внутриклеточное пространство которое представляет сумму водного содержимого каждой клетки организма

Внеклеточное пространство, которое включает жидкость, находящуюся вне клеток.

Соответственно пространствам различают внутриклеточную и внеклеточную жидкость. Внеклеточная жидкость локализована внутри сосудов и межклеточном интерстициальном пространстве. Разделение на два главных пространства не является искусственным. Оно обосновано как морфологически, так и функционально. Внутриклеточное пространство не является единым структурно-функциональным образованием в полном смысле этого слова. Внеклеточное же пространство, как среда существования для клеток и элемент межклеточного транспорта различных веществ представляет единую фазу во всех частях тела. Стенка сосудов, которая разделяет внутрисосудистую и интерстициальную часть внеклеточной жидкости, образует барьер только для высокомолекулярных веществ (белки) и клеток, в то время как низкомолекулярные вещества и неорганические ионы примерно одинаково распределяются по всему внеклеточному пространству. Доказательством служит одинаковый ионный состав плазмы крови и интерстициальной жидкости (табл.13-1).

Табл.13-1. Различия в электролитном составе вне и внутриклеточной жидкости(в ммоль/л)