Менделеева– Клапейрона

Изотонирование растворов. Методы расчёта изотонических концентраций

Изотоническими называют растворы, осмотическое давление которых равно осмотическому давлению биологических жидкостей организма (плазма крови, лимфа, слёзная и спиномозговая жидкости).

Осмотическое давление поддерживается организмом на постоянном уровне - 7,4атм. при t=37°С (0,74 МПа). При введении гипертонических растворов в результате разности осмотических давлений внутри эритроцитов и окружающей их плазмы осуществляется движение воды из эритроцитов, идущее до выравнивания осмотических давлений. Эритроциты при этом, лишаясь части воды, сморщиваются (плазмолиз). Если вводится жидкость с малым осмотическим давлением (гипотонический раствор), то она проникает внутрь клетки, эритроциты разбухают, клеточная оболочка может нарушиться, а клетка погибнуть (гемолиз).

Чтобы избежать указанных осмотических сдвигов необходимо изотонировать раствор до уровня осмотического давления биологических жидкостей организма.

Для определения изотонических концентраций растворов различных веществ расчеты проводят, в основном, тремя методами:

1. Исходя из закона Вант– Гоффа и уравнения Менделеева– Клапейрона;

2. Криоскопическим методом (с использованием закона Рауля);

3. С применением изотонических эквивалентов лекарственных веществ по натрию хлориду.

Метод расчёта изотонической концентрации, основанный на использовании закона Вант–Гоффа и уравнения

Менделеева– Клапейрона

По закону Вант–Гоффа растворённые вещества в разбавленных растворах неэлектролитов ведут себя аналогично газам, и поэтому к ним с достаточным приближением применимы газовые законы. Осмотическое давление разбавленных растворов подчиняется закону, установленному для давления газов.

Фактор изотонии можно вывести из уравнения Менделеева–Клапейрона:

PV= nRT где,

P– осмотическое давление плазмы крови, в атмосферах;

V– объём раствора, в л;

n– число грамм– молекул растворённого вещества;

R– газовая постоянная 0,082 атмл;

T– абсолютная температура газа в К°=310⁰.

Из формулы:

n= PVRT= 7,4´10,082´310= 0,29 г моль л

Следовательно, чтобы приготовить изотонический раствор любого неэлектролита следует взять 0,29 г моль вещества на один литр раствора, т.е.

m=0,29 М, где:

m– количество вещества в граммах, необходимое для приготовления одного литра изотонического раствора;

M– молярная масса лекарственного вещества.

При расчёте изотонических концентраций электролитов в уравнение вводят поправочный множитель i, называемый изотоническим коэффициентом Вант– Гоффа. Тогда m=0,29М/i.

Величина изотонического коэффициента выражается уравнением:

i =1+a(n–1), где:

a – степень электролитической диссоциации;

n– число ионов, на которое диссоциирует одна молекула вещества.

Для неэлектролитов, например, глюкозы i= 1.

Для электролитов величина i зависит от природы вещества, степени электролитической диссоциации и количества образующихся ионов.

Для различных групп электролитов коэффициент i может быть рассчитан. Например, для бинарных электролитов с однозарядными ионами типа К⁺А^– (a= 0,86, n = 2), i = 1+ 0,86(2–1)=1,86.

Пример. Рассчитать количество NaCl, для изготовления 1 л изотонического раствора. m =0,29 ´ 58,51,86 = 9,12 г на 1 литр.

Для бинарных двузарядных К²⁺А^2-(МgSO₄, ZnSO₄, FeSO₄ и др.) n =2,

i= 1,5, a= 0,5.

Для тринарных К²⁺А¹ (СаСl₂ ), К¹⁺А^2- (Na₂ SO₄, Na ₂CO ₃) n=3, i= 2,5,

a= 0,75.

Для слабых электролитов (кислота борная, лимонная) i = 1,1.

Однако, расчёты i дают удовлетворительные результаты, совпадающие с экспериментальными данными для неэлектролитов и первой группы электролитов. В других случаях результаты получаются менее удовлетворительными в связи с зависимостью степени диссоциации от концентрации.

Чтобы определить количество вещества, которое необходимо для получения определённого объёма раствора, используют формулу:

m = 0,29 ´ MV1000 i

Например. Рассчитать количество КСl, необходимое для получения 250 мл изотонического раствора. М = 74,56, i =1,86.

0,29´74,56´250

m = _____________ = 2,91г

1,86´1000