- •Вопросы к экзамену по дисциплине “Химия”
- •2.Параметры состояния термодинамической системы. Интенсивные и экстенсивные параметры. Примеры.
- •Функция состояния термодинамической системы: внутренняя энергия. Первый закон термодинамики (формулировка и математическое выражение).
- •Первый закон термодинамики (первое начало термодинамики):
- •Способы расчета стандартной энтальпии химической реакции
- •По стандартным энтальпиям (теплотам) образования веществ
- •По стандартным энтальпиям (теплотам) сгорания веществ
- •5. Функция состояния термодинамической системы: энтропия. Второй закон термодинамики (формулировка и математическое выражение).
- •Второй закон термодинамики
- •7. Понятие экзергонических и эндергонических процессов, протекающих в организме.
- •8. Скорость реакции: истинная и средняя скорость реакции (определение и математические выражения). Факторы, влияющие на скорость химической реакции.
- •9. Закон действующих масс (здм). Выражение скорости химической реакции через здм. Константа скорости химической реакции. Факторы, влияющие на скорость и константу скорости химической реакции.
- •10. Классификации реакций, применяющиеся в кинетике: реакции гомогенные и гетерогенные; реакции простые и сложные (параллельные, последовательные, сопряженные, цепные). Примеры.
- •11. Молекулярность элементарного акта реакции. Порядок простой реакции.
- •12. Зависимость скорости реакции от температуры: правило Вант-Гоффа (формулировка и математическое выражение).
- •14. Энергетический профиль экзо- и эндотермической реакций.
- •15. Катализ. Понятия о гомогенном и гетерогенном катализе. Катализаторы положительные и отрицательные.
- •16. Энергетический профиль каталитической реакции.
- •17. Понятие о ферментативном катализе. Особенности каталитической активности ферментов.
- •18. Обратимые и необратимые по направлению реакции.
- •19. Константа химического равновесия. Термодинамические условия равновесия в термодинамических системах.
- •20. Диффузия (определение и примеры).
- •21. Осмос (определение и примеры). Эндо- и экзосмос (определение и примеры).
- •23. Роль осмоса в биосистемах (тургор, плазмолиз, гемолиз, изотонические растворы, гипертонические растворы).
- •24. Давление пара разбавленных растворов неэлектролитов. Первый закон Рауля.
- •25. Температура кипения и замерзания растворов. Второй закон Рауля.
- •26. Способы выражения концентрации растворов: массовая доля вещества в растворе, молярная концентрация, нормальная концентрация, титр.
- •27. Способы приготовления растворов (метод навески, метод разбавления, приготовление из фиксанала, метод смешивания).
- •28. Теория кислот и оснований Бренстеда (протолитическая теория). Равновесия в сопряженной кислотно-основной паре.
- •29. Теории кислот и оснований: теория электролитической диссоциации Аррениуса: понятия “электролитическая диссоциация”, “электролит”. “ион”, “катион”, “анион”.
- •Факторы, влияющие на степень диссоциации
- •Влияние температуры.
- •Влияние одноименных ионов.
- •Влияние природы растворителя.
- •31. Ступенчатый характер диссоциации слабых электролитов. Закон разбавления Оствальда (формулировка и математическое выражение).
- •32. Константа диссоциации слабых кислот и оснований (константа кислотности Ка, константа основности Кb) как константа равновесия процесса диссоциации. Показатель константы диссоциации (рКа и рКb).
- •33. Ионное произведение воды. Водородный показатель. РН и рОн растворов. Расчёт рН в растворах сильных и слабых электролитов.
- •35. Классификация буферных растворов. Примеры.
- •36. Уравнение для расчета рН буферных систем кислотного и основного типа (Гендерсона – Гассельбаха). Факторы, влияющие на значение рН буферных систем.
- •37. Интервал буферного действия (определение и формула для расчета).
- •38. Буферная емкость (определение; формула для расчета; факторы, влияющие на значение буферной емкости).
- •40. Состав и механизм действия аммиачного буфера.
- •41. Состав и механизм действия бикарбонатного буфера.
- •Механизм действия гидрокарбонатной буферной системы
- •42. Состав и механизм действия гемоглобинового буфера.
- •43. Состав и механизм действия фосфатного буфера.
- •44. Состав и механизм действия белкового буфера.
- •45. Кор (кислотно-основное равновесие организма). Основные показатели кор.
- •Возможные причины и типы нарушения кор организма
- •46. Гидролиз солей. Биологическое значение.
- •47. Теория строения комплексных соединений (теория Вернера): внутренняя и внешняя сфера, комплексообразователь, лиганды, координационное число, дентантность.
- •49.Классификация комплексных соединений по заряду внутренней сферы и характеру лиганда.
- •50. Номенклатура комплексных соединений.
- •51. Диссоциация комплексных соединений в растворе, константы нестойкости и стойкости комплексных соединений.
- •52. Биологическая роль комплексных соединений в организме.
- •53. Металло-лигандный гомеостаз и причины его нарушения.
- •54. Роль биогенных элементов в организме: классификации, топография химических элементов, содержащихся в организме человека. Биологическая роль макро- и микроэлементов.
- •55. Какие явления относятся к поверхностным?
- •56. Поверхностное натяжение жидкостей (определение и формула для расчета). Механизм возникновения поверхностного натяжения. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения.
- •Факторы, влияющие на поверхностное натяжение
- •57. Дайте определение понятию “адсорбция”. Основные термины (адсорбент, адсорбтив, адсорбат, десорбция).
- •58. Деление адсорбции в зависимости от природы действующих сил на химическую и физическую. Примеры.
- •59. Адсорбция на границе жидкость – газ: уравнение адсорбции Гиббса, его анализ. Изотерма адсорбции, предельная адсорбция г.
- •61. Ориентация молекул пав в поверхностном слое (принцип независимости поверхностного действия Ленгмюра). Правило Дюкло-Траубе.
- •62. Адсорбция на границе двух несмешивающихся жидкостей (адсорбция «жидкость – жидкость»).
- •63. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Уравнение Ленгмюра, его анализ.
- •64. Адсорбция на границе твёрдое тело – газ: удельная адсорбция; факторы, влияющие на адсорбцию газов на поверхности твердых адсорбентов.
- •65. Молекулярная адсорбция (адсорбция твердое тело – раствор неэлектролита или слабого электролита), её особенности. Факторы, влияющие на молекулярную адсорбцию.
- •66.Ионная адсорбция (адсорбция твердое тело – раствор сильного электролита), её особенности. Виды ионной адсорбции (эквивалентная, избирательная, ионнообменная).
- •68. Классификация дисперсных систем по размерам частиц диспергированного вещества: взвеси, коллоидные системы, истинные растворы.
- •69. Условия получения коллоидных растворов.
- •70. Методы получения коллоидных систем: диспергационные и конденсационные методы.
- •71. Пептизация как физико-химическое дробление осадков до частиц коллоидного размера. Адсорбционная пептизация. Диссолюционная пептизация. Биологическое значение пептизации.
- •72. Методы очистки коллоидных систем: фильтрация, ультрафильтрация. Диализ, электродиализ, компенсационный диализ (принцип работы аппарата «искусственная почка»).
- •Двойной электрический слой
- •Электрокинетический потенциал
- •74. Электрокинетические явления: электрофорез и электроосмос.
- •75. Оптические свойства коллоидных систем (опалесценция, эффект Фарадея – Тиндаля, окраска).
- •77. Агрегативная устойчивость коллоидных систем.
- •78. Явление коагуляции коллоидных систем. Скрытая и явная коагуляции. Факторы, вызывающие коагуляцию.
- •79. Коагуляция электролитами: правило Шульце – Гарди, порог коагуляции. Коагуляция смесями электролитов (аддитивное действие, антогонизм, синергизм).
- •80. Коллоидная защита, ее механизм. Биологическое значение.
- •81. Высокомолекулярные соединения (вмс). Классификация вмс: по природе происхождения (природные, синтетические, искусственные); по строению (линейные, разветвленные, сетчатые).
- •82. Растворы высокомолекулярных соединений (вмс) как истинные растворы, их особенности. Оптические и молекулярно–кинетические свойства растворов вмс.
- •83. Растворение вмс. Явление набухания вмс. Степень набухания как количественная характеристика процесса набухания. Факторы, влияющие на степень набухания.
- •84. Вязкость растворов вмс, её особенность. Причины высокой вязкости вмс. Характеристическая вязкость (уравнение Марка – Куна – Хаувинка). Факторы, влияющие на вязкость.
- •85. Белки как представители полиэлектролитов. Изоэлектрическое состояние белка, изоэлектрическая точка белка (иэт). Заряд белковой молекулы в кислой и щелочной средах.
- •86. Нарушение устойчивости растворов вмс: застудневание (факторы, влияющие на студнеобразование). Свойства студней. Синерезис, понятие об интермицелярной жидкости.
- •Свойства студней
- •87. Нарушение устойчивости растворов вмс: высаливание.
- •88. Нарушение устойчивости растворов вмс: коацервация.
86. Нарушение устойчивости растворов вмс: застудневание (факторы, влияющие на студнеобразование). Свойства студней. Синерезис, понятие об интермицелярной жидкости.
Студни – это структурированные системы, образующиеся при отвердевании жидких растворов полимеров или при набухании твѐрдых полимеров.
Ограниченное набухание полимеров приводит к образованию студней. Примером могут служить такие системы как набухший в органическом растворителе каучук или застывший при охлаждении раствор желатины.
Студни получаются из растворов ВМС, а гели из золей. Студень представляет собой пространственную сетку из макромолекул полимера, заполненную молекулами растворителя. Студень система гомогенная.
Студни могут образовываться не только в результате набухания, но и из твѐрдых полимеров, а также из их растворов. Схематически процесс студнеобразования можно представить следующей схемой:
Ограниченное набухание Застудневание
Твѐрдые ВМС -----------------→ Студни ←-------------------- Растворы ВМС
Застудневание (желатинирование) – процесс фазового перехода из жидкого состояния в твѐрдое состояние. Образование студня происходит в результате взаимодействия между макромолекулами ВМС. Макромолекулы неоднородны и имеют лиофильные (по отношению к воде – гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные) участки. У гидрофильных групп макромолекул (-NH2, -COH, =NH, -OН, -COOH) образуются гидратные слои. Эти слои экранируют отдельные участки макромолекул. Гидрофобные группы (например, -СН2 – боковых звеньев белков) неспособны формировать подобные слои. Наличие свободных, не защищѐнных сольватной (гидратной) оболочкой участков макромолекул при определѐнных условиях, в частности при росте концентрации ВМС, приводит к возникновению взаимодействия между этими участками; в результате образуется структура (каркас, сетка) из макромолекул ВМС, а раствор ВМС переходит в студень. Причины возникновения прочных связей могут быть разными. Например, если полимер содержит ионогенные группы, то взаимодействие этих групп, несущих противоположные по знаку заряды, является одной из причин образования межмолекулярных связей. Полярные группы макромолекул также могут взаимодействовать друг с другом. Иногда возможно образование и водородных связей.
Застудневание (или желатинирование) может происходить самопроизвольно под действием электролитов и при изменении температуры. Так, например, 30 – 34%-й раствор желатина застудневает при 303К, а 10% -й раствор при более низкой температуре, равной 295К. Повышение концентрации ВМС всегда увеличивает вероятность застудневания, так как при этом возрастает вероятность столкновения макромолекул или их фрагментов. При этом возрастает вероятность образования межмолекулярных связей и, следовательно, появления в системе каркаса. Обычно такой эффект вызывает и понижение температуры, хотя бывают и исключения. Исключения объясняются отрицательным температурным коэффициентом растворимости ВМС.
Электролиты по-разному влияют на скорость застудневания: одни – ускоряют, другие – замедляют, а некоторые – даже исключают возможность перехода ВМС в студень. На застудневание главным образом влияют анионы. Эксперименты показали, что соли серной и уксусной кислот ускоряют процесс застудневания, хлориды и йодиды замедляют, а роданиды приостанавливают этот процесс. Анионы располагаются в следующий ряд по мере уменьшения их действия на процесс застудневания:
SO42- > CH3COO1- > Cl1- > Br1- > I1- > CNS1-
Различия в указанных свойствах электролитов объясняются степенью их гидратации, которая уменьшается у анионов слева направо в данном ряду. Замедляющее действие анионов на процесс застудневания наблюдается, начиная с иона хлора.
На способность к застудневанию водных растворов белков (амфотерные полиэлектролиты) сильно влияет рН среды. Процесс образования студня лучше всего идет при значении рН, отвечающем изоэлектрической точке, так как при этом по всей длине молекулярной цепи расположено одинаковое число противоположно заряженных ионизированных групп, что способствует установлению связи между отдельными макромолекулами. С изменением рН (в обе стороны от изоэлектрической точки) макромолекулы приобретают одноименный заряд, что препятствует образованию связей между ними. При добавлении больших количеств кислоты или щѐлочи степень ионизации ионогенных групп уменьшается, и тенденция к застудневанию снова увеличивается.
Повышение температуры, если только в системе не происходит необратимых химических изменений, обычно препятствуют застудневанию. Это связано с возрастанием интенсивности микроброуновского движения сегментов макромолекул и уменьшением вследствие этого числа связей между макромолекулами. Наоборот, понижение температуры, как правило, способствует застудневанию, так как возрастает число контактов между макромолекулами, связи между ними упрочняются.
На процесс застудневания влияют размеры макромолекул и их разветвлѐнность. Особенно легко образуют студни ВМС, у которых длина макромолекул достигает нескольких тысяч ангстрем и в тысячи раз превышает их поперечные размеры.
[Ангстрем – внесистемная единица длины, 1А = 10-10 м = 10-8 см = 0,1 нм; применяется в оптике, атомной физике, физике твердого тела и т.д.]
Застудневанию растворов ВМС всегда способствует повышение концентрации, так как при этом возрастает частота столкновений между макромолекулами или их участками и увеличивается число связей, образующихся в единице объема студня. Однако, если молекулы полимера вытянуты, то застудневание может проходить и в очень разбавленных растворах. Так, при обычной температуре раствор агара образует студень при его содержании в нем 0,2% сухого вещества.
Чем выше концентрация полимера в растворе, тем выше температура, при которой растворы ВМС переходят в студни. Например, 30 – 45%-ные растворы желатина способны переходить в студни при 300С, 10%-ный раствор переходит в студень при ≈220С. Объем системы при застудневании обычно уменьшается.