第二章-溶液的浓度与渗透压

第二章溶液的浓度与渗透压,【学习目标】1物质的量、摩尔质量等基本概念并学会其有关计算2溶液浓度的表示方法：物质的量浓度、质量浓度、质量分数和体积分数3溶液浓度之间的换算、溶液的稀释与配制4渗透现象和渗透压的基本概念及渗透压的大小与溶液浓度、温度之间的关5渗透压在医学中的意义,第一节物质的量,一、物质的量（一）物质的量物质的量是表示以一特定数目的基本单元粒子为集体的，与基本单元粒子数成正比的物理量。它与长度、时间、质量等一样，是国际单位制（SI）的七个基本单位之一。用符号nB或n（B）表示，B表示这种基本单元粒子的化学式（分子式、原子符号或离子符号等）。例如：氢原子的物质的量：nH或n（H）钠离子的物质的量：或n（Na+）硫酸的物质的量：或n（H2SO4）,（二）“物质的量”单位摩尔每个物理量都有其特定的单位，1971年第十四届国际计量大会（CGPM）上规定物质的量的单位是“摩尔”，符号是mol，并规定：当某一定量的物质中，所包含的基本粒子数目与0012kg里所含的碳原子数相等，由这些粒子所构成的物质的量就称为1摩尔,阿佛加德罗常数:0012kg所包含的碳原子数到底是多少呢？意大利科学家阿伏加德罗通过大量的实验测得其近似值为6021023个。所以6021023这个常数就称之为阿佛加德罗常数，用符号NA来表示。即NA=6021023个mol1，因此可以说：1mol任何物质都含有6021023个基本单元。,如图所示：1molC含有6021023个碳原子；1molH2O含有6021023个水分子；1molCH4含有6021023个甲烷分子，同理可得：1molCa2+含有6021023个钙离子。由此类推：物质的量相等的任何物质，其包含的基本粒子数也一定相等。因此05molH2与05molO2所含的氢分子和氧分子数是相等的，都为3011023个。,因此，物质的量nB与基本粒子数N、阿佛加德罗常数NA之间存在着如下关系：,或N=nBNA,二、摩尔质量（一）摩尔质量摩尔质量:1mol物质所具有的质量。用符号MB或M（B）来表示。它是等于该物质的质量mB与该物质的物质的量nB的比值。即：显然，摩尔质量的国际单位是kgmol1，化学上和医学上多采用gmol1，中文符号是克摩1。如：MNaCl或M（NaCl）表示氯化钠的摩尔质量；,12恰好是碳的相对原子质量，因为元素的相对原子质量是元素的平均原子量与原子质量的1/12之比。由此可以推出其它元素原子的摩尔质量、分子的摩尔质量、离子的摩尔质量，也是以gmol1为单位，数值上就等于它们的相对原子量、相对分子量或相对离子量。例如：1molC的质量是12g，记为：M（C）=12gmol11molFe的质量是56g，记为：M（Fe）=56gmol1,综上所述：任何物质的摩尔质量MB是以gmol1为单位，其数值就等于这种物质的化学式量。由摩尔质量的定义可得：物质的量nB、物质的质量mB与物质的摩尔质量MB三者之间的关系为：或mB=nBMB,例2128g的氯化钠含NaCl的物质的量为多少摩？其中含钠原子、氯原子的物质的量各为多少摩？解：因为NaCl的摩尔质量为58gmol1所以：n（O）=1n（NaCl）=105=05moln（H）=1n（NaCl）=105=05mol答：29g氯化钠含NaCl的物质的量是：05mol，钠原子、氯原子的物质的量是05mol,例23mol的葡萄糖（C6H12O6）的质量为多少克？其中含碳、氢、氧原子的物质的量是多少摩尔？解：葡萄糖（C6H12O6）的摩尔质量是：180gmol1则3mol葡萄糖的质量为：m（C6H12O6）=n（C6H12O6）M（C6H12O6）=3mol180gmol1=54gn（C）=n（O）=6n（C6H12O6）=63=18moln（H）=12n（C6H12O6）=123=36mol答：3mol的的质量为54克。碳、氢、氧原子的物质的量各是18、18、36摩尔。,（二）气体摩尔体积气体摩尔体积是指1mol气体物质所占有的体积。一般用单位L/mol。实验证实，在标准状况下（0，101325Pa），1mol任何气体所占的体积都约为224L，这个体积叫做气体摩尔体积，根据气体的体积，可以计算出气体的物质的量：在标准状况下，由于气体物质的体积是由分子之间的距离来决定的，不同物质气体的分子之间的距离几乎相等，因而它们的气体的摩尔体积几乎相等；而液体、固体的体积是由它们的分子或原子大小来决定的，不同的分子或原子的的大小不同，因而固、液体的摩尔体积是没有相应的规律。,例2312041024个H2分子的物质的量、质量和体积各为多少？解：因为1molH2的分子个数是6021023个，所以12041024个H2分子的物质的量是：n（H2）=又因为H2的摩尔质量是2gmol1，故H2的质量：m=n（H2）M（H2）=2mol2gmol1=4gH2的体积为2mol224L/mol=448L答：12041024个H2O分子的物质的量是2mol，其质量是4g，体积为448L。,第二节溶液的浓度,溶液是由溶质和溶剂两部分组成的分散系，溶液的浓度主要是指溶液中的溶质与溶液的比值：浓度=溶质的量可用质量、物质的量、体积等来表示；溶液的量也可用质量、体积等来表示，所以溶液浓度的表示方法有很多种，而本章仅将在医学上常用的几种方法介绍如下。,一、溶液浓度的表示法（一）物质的量浓度物质的量浓度简称为浓度，它的定义为：溶质B的物质的量nB与溶液的体积V之比，用符号CB来表示，即：CB=物质的量浓度的单位是molm3，医学上常用molL1、mmolL1、umolL1。使用物质的量浓度必须指明基本单元，因为在电解质溶液中溶质大多是以离子分散在溶剂中。例如C（NaCl）=02molL1的溶液中：C（Na+）=02molL1、C（Cl）=02molL1。,例24临床上给病人输液采用的生理盐水（NaCl的水溶液）的规格是：05L的生理盐水中含有45g的NaCl，则生理盐水的物质的量浓度为多少？解：已知：m（NaCl）=45gV=05L，M(NaCl)=585g/mol则：C(NaCl)=0154molL1答：生理盐水的物质的量浓度为0154molL1。,（二）质量浓度溶液的质量浓度是指溶质B的质量mB与溶液的体积V之比，用符号B来表示。即B=B的SI单位是kgm3，医学上常用gL1、mgL1、ugL1。,例27临床上治疗酸中毒常用乳酸钠（NaC3H5O3）注射针剂，它的规格是每支20ml中含乳酸钠的质量是224g，计算该针剂的质量浓度为多少?解：已知m（NaC3H5O3）=224g，V=20ml=002LB=112gL1答：临床上治疗酸中毒的乳酸钠针剂的质量浓度为112gL1。,（三）质量分数溶液的质量分数是指：溶质B的质量mB与溶液的质量m之比，用符号B来表示。即B=质量分数的量纲为1，可以用小数或百分数来表示。例如：工业浓硫酸的质量分数是B=098或B=98%。即100g浓硫酸溶液中含纯硫酸是98g。,例210高温操作的工人，由于出汗太多，常常需要喝一些盐水来调节体内NaCl的平衡，这些盐水是每1000g的饮用水中加入9克的食盐，则这种盐水的质量分数是多少？解：已知：m（NaCl）=9gm=1000g+9g=1009g则（NaCl）=0009答：这种食盐水的质量分数是0009。,（四）体积分数溶液的体积分数是指在相同的温度和压强下，溶质B的体积VB与溶液的体积V之比，用符号B来表示即B=体积分数的量纲也和质量分数一样为1，可用小数或百分数来表示，当溶质在常温常压下是液态时，临床上常用体积分数来表示这种溶液的浓度。如临床上用的消毒酒精的体积分数为B=075或B=75%，它表示的物理意义是100ml消毒酒精中，含纯乙醇是75ml。,二、溶液浓度的换算（一）物质的量浓度CB与质量浓度B之间的换算根据溶液的质量浓度公式B=和物质的量浓度的计算公式CB=可得出质量浓度B和物质的量浓度CB之间的换算公式是：CB=或B=CBMB,例212正常人每100ml血清中含1652mgHCO3-离子，计算正常人血清中HCO3-的质量浓度和物质的量浓度分别为多少?解：由B=得正常人血清中HCO3-质量浓度为：(HCO3-)=1652g/L又CB=C(HCO3-)=0027mol/L答：正常人血清中HCO3-的质量浓度和物质的量浓度分别为：1652g/L和002,（二）质量分数B与物质的量浓度CB之间的换算根椐溶液的质量分数的计算公式B=和溶液的物质的量浓度的计算公式CB=可推导出溶液的质量分数B与物质的量浓度CB之间的换算公式为：CB=或B=其中是溶液的密度，与质量浓度B是有区别的。,三、溶液的稀释稀释就是在一定量的溶液中再加入一定量的溶剂使溶液的体积增大、浓度减少的过程，因此稀释前后溶质的量是没有改变的，即：稀释前溶质的量=稀释后溶质的量稀释前溶液的浓度稀释前溶液的体积=稀释后溶液的浓度稀释后溶液的体积由此可得稀释公式为：CB1V1=CB2V2B1V1=B2V2B1V1=B2V2对于浓度为质量分数时时，其稀释公式是：B1m1=B2m2这些稀释公式可以统一用一个式子来表示，即CB1V1=CB2V2使用这个稀释公式时，一定要注意：浓度的表示方法要前后一致；体积的单位要前后一致。,例214临床上需要配制molL1乳酸钠（NaC3H5O3）溶液600ml来治疗酸中毒，需要1molL1乳酸钠多少支（每次规格是20ml）？解：已知C（NaC3H5O3）1=1molL1C（NaC3H5O3）2=molL1；V2=600mlCB1V1=CB2V2C（NaC3H5O3）1V1=C（NaC3H5O3）2V21molL1V1=molL1600mlV1=100ml100/20=5（支）答：配制molL1乳酸钠（NaC3H5O3）溶液600ml来治疗酸中毒，需要1molL1乳酸钠5支。,四、溶液的配制,第三节溶液的渗透压,一渗透现象和渗透压力1.渗透现象：溶剂分子通过半透膜从纯溶剂进入溶液或从稀溶液进入浓溶液的过程，简称渗透。,半透膜：只允许某些物质透过，而不允许另外一些物质透过的薄膜。,动物的膀胱膜、细胞膜、人造羊皮纸和火棉胶膜等都是半透膜。细胞膜只允许水、葡萄糖、CO2、O2、氨基酸等小分子物质通过；而不允许蛋白质、核酸、脂类等大分子物质通过。,2.渗透现象的产生,条件：有半透膜存在；半透膜两侧存在浓度差。结果：缩小膜两侧的浓度差方向：溶剂(水)分子从纯溶剂向溶液渗透或从稀溶液向浓溶液渗透。原因：单位体积内纯溶剂中的溶剂分子数目大于溶液中的溶剂分子数目，在单位时间内，由纯溶剂通过半透膜进入溶液中的溶剂分子比由溶液进入纯溶剂中的溶剂分子多，致使液面升高。,3.渗透压力,在一定温度下，将液面高度相等的溶液和纯溶剂用半透膜隔开，恰能阻止渗透发生而在溶液上方所施加的压力称为该温度下该溶液的渗透压。用符号表示，SI单位为Pa。,二渗透压力与浓度、温度的关系,1886年，荷兰化学家VantHoff归纳出稀溶液的渗透压力与溶液的热力学温度、浓度成正比。用方程式表示：溶液的渗透压力(Pa)T：绝对温度(K)，绝对温度=摄氏温度+273R：摩尔气体常数，R=8.314JK-1mol-1cB：物质的量浓度(molm-3),的重要意义,VantHoff方程表明：在一定温度下，稀溶液的渗透压仅与溶液的浓度成正比，即仅与单位体积内溶质的质点数成正比，而与溶质的性质无关；不论溶质微粒是小分子或大分子，只要溶液中溶质粒子的数目相等，则渗透压就相同。,例：将35.0g血红蛋白(Hb)溶于纯水中，配制成1.00L溶液，在298K时测得溶液的渗透压力为1.33kPa，求Hb的相对分子量。解：答：Hb的相对分子量为6.52104g/mol。,渗透浓度cos,溶液中能产生渗透效应的各种溶质粒子(分子或离子)的总的物质的量的浓度称为渗透浓度。用符号cos表示，常用单位为mol/L、mmol/L。对于：非电解质溶液：电解质溶液：,例1：生理盐水和葡萄糖溶液的质量浓度分别为9g/L和50g/L，计算生理盐水和葡萄糖溶液的渗透浓度各为多少。解：NaCl为强电解质，在溶液中完全解离：葡萄糖是非电解质，在水中不解离答：生理盐水和葡萄糖溶液的渗透浓度分别为0.308和0.278mol/L。,三渗透压在医学上的意义,1.等渗、低渗和高渗相同温度下，渗透压相等的两种溶液被称为等渗溶液。渗透压不等的溶液，其中渗透压相对较低的溶液，叫做低渗溶液；渗透压相对较高的溶液叫做高渗溶液。医学上，溶液的等渗、低渗和高渗通常都是以血浆的渗透压力或渗透浓度为标准来衡量。正常人血浆的渗透浓度约为280320mmol/L，因此临床上规定：等渗溶液：280320mmol/L；低渗溶液：小于280mmol/L；高渗溶液：大于320mmol/L。,红细胞在不同浓度的NaCl溶液中的形态变化,a.正常形态b.溶血c.胞质分离,临床上常用的等渗溶液生理盐水(0.154mol/L或9.0g/LNaCl溶液)，渗透浓度为308mmol/L。0.278mol/L或50g/L葡萄糖溶液，渗透浓度为278mmol/L(近似为280m