Методика выполнения эксперимента

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

к лабораторному занятию

Модуль №3 «Поверхностные явления. Адсорбция. Коллоидные растворы. Высокомолекулярные соединения»

учебной дисциплины Химия

для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»

курс ____ I ___семестр _ I ___

 

Составитель Иванова Н.С.

к.х.н., доцент, зав. кафедрой

Рецензент Задорожная А.Н.

к.х.н., доцент

 

 

Владивосток, 2016

1. Тема: Качественные опыты по адсорбции. Тонкослойная хроматография

2. Мотивация изучения темы: адсорбция играет важную роль в жизнедеятельности человека, являясь предварительной стадией многих процессов, обеспечивающих обмен веществ. Является основой широко используемого в медицине и парамедицине метода анализа, разделения смесей с выделением БАВ, а также их очистка. Поэтому знание закономерностей адсорбционных явлений позволяет раскрыть возможности для решения теоретических и практических проблем в:

- нормальной физиологии: начальная стадия процесса дыхания, строение клеточной мембраны, перенос питательных веществ из крови в клетку, развитие аэроэмболии, эмульгирование жиров и т.д.;

- биохимии: хроматографическое разделение БАВ, анализ метаболитов и растительного сырья;

-клинической фармакологии: осушка и очистка лекарственных препаратов;

- микробиологии, вирусологии: использование адсорбентов для приготовления антигенного диагностикума, в начальном акте фагоцитоза, бактериологии;

- клинических дисциплинах: очистка крови и лимфы активированными углями, детоксикация организма при пищевых отравлениях, для лечения ожогов, для диагностики заболеваний на основе анализа аминокислот с помощью ионообменной хроматографии и т.д.;

- гигиене: анализ пищевых продуктов, обеспечение требуемого качества воды в источниках водоснабжения, очистка атмосферы и т.д.

Цели занятия.

3.1 Общая цель: изучение темы направлено на формирование ОПК – 7 по ФГОС специальности.

Конкретные цели и задачи.

После изучения темы студент должен:

«знать» - биологическую, экологическую и медицинскую роль адсорбции, факторы формирования эффективно работающей системы «адсорбент – адсорбтив», на основе адсорбционных представлений описывать процессы, протекающие в организме и окружающей среде;

«уметь» - интерпретировать полученные экспериментальные данные для отбора эффективных адсорбентов, проводить хроматографическое разделение смесей и идентифицировать их компоненты; решать типовые и ситуационные задачи по теме, пользоваться физическим и химическим оборудованием;

«владеть» -техникой эксперимента, включающей стадию подготовки адсорбента, операции фильтрования, измерения температуры и др.; навыками безопасной работы в химической лаборатории.

4. Вопросы, изученные на предшествующих дисциплинах и необходимые для освоения темы.

1. Строение и функции биологических мембран (кафедра биологии, ботаники и экологии).

5. Задания для самостоятельной подготовки к лабораторному занятию:

5.1. Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний.

1. Адсорбция. Основные понятия: положительная и отрицательная адсорбция, адсорбент, адсорбтив, типы адсорбционных систем.

2. Причина адсорбции: СЭП (G_S). Факторы, влияющие на неё.

3. Поверхностное натяжение. ПАВ и ПИАВ.

4. Строение дифильных ПАВ. Правило Траубе – Дюкло. Роль дифильных ПАВ.

5. Факторы, влияющие на адсорбционную способность адсорбентов.

6. Уравнения изотерм адсорбции Гиббса, Лэнгмюра, Фрейндлиха; их анализ.

7. Хроматография. Принципы хроматографического разделения в тонком слое адсорбента.

8. Классификация хроматографических методов по механизму разделения.

9. Детектирование хроматограмм и идентификация веществ.

 

5.2. Задания для СРС во внеучебное время.

Задача № 1.

Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2 · 10^{-19 м2} . Определите длину молекулы данного вещества, плотность которого 0,9 г/см³.

Ответ: 7,38×10^{-10 м}

Задача № 2.

Рассчитайте величину предельной адсорбции жирных кислот, если известно, что площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну молекулу для всего гомологического ряда, составляет 2,05×10^{-19 м2}.

Ответ: 8,1×10^-6 моль/м²

Задача № 3.

Сравните поверхностную активность (q) метилпропанола и метилбутанола в водных растворах. σ(Н₂О) = 72,75 мДж/ м²

С, моль/л	σ, мДж/ м2.
метилпропанол (I)	метилбутанол (II)
0,125	52,8	47,6
0,25	44,1	23,7

 

Выполняется ли правило Дюкло – Траубе? В случае отрицательного ответа попытайтесь объяснить причину.

Ответ: правило не выполняется.

Задача № 4.

Найти поверхностный избыток (кмоль/м²) пеларгоновой кислоты при 10⁰ С для концентрации раствора 50 мг/л. Поверхностное натяжение воды при данной температуре 74,22·10^-3 Дж/м², а раствора кислоты 57·10^-3 Дж/м².

Ответ: Г = 7,32×10^-9 кмоль/м²

Задача № 5.

Экспериментально установлено, что величина предельной (максимальной) адсорбции пропановой кислоты на угле составляет 3,0×10^-3 моль/г, К = 6,0×10^-2 моль/л. Какая масса вещества адсорбировалась из раствора, в котором установилась равновесная концентрация 0,1 моль/л? Масса адсорбента 1 г.

Ответ: 0,14 г.

 

5.3. Задания для самоконтроля подготовки к лабораторному занятию.

Вариант теста № 1.

В качестве противоядия при отравлениях метанолом применяют этанол. Применение этанола объясняется

а) более высокой поверхностной активностью этанола по сравнению с метанолом

б) равенством q(CH₃OH) и q(C₂H₅OH)

в) более высокой поверхностной активностью метанола по сравнению с этанолом

Вариант теста № 2.

Удаление фенола из воды можно провести, используя адсорбент

а) цеолит

б) активированный уголь

в) фермент декарбоксилазу

Вариант теста № 3.

Поверхностная активность пентанола будет больше поверхностной активности этанола в растворах одинаковой концентрации в

а) 34,33 раза

б) 9,75 раза

в)3,25 раза

Вариант теста № 4.

Для очистки водного раствора лекарственного препарата, содержащего примеси органических веществ, лучше всего использовать адсорбент

а) любой

б) полярный микропористый

в) неполярный микропористый

Вариант теста № 5.

В системе полярный адсорбент – неполярный растворитель

а) неполярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, а полярная часть погружена в растворитель

б) молекулы растворителя выигрывают конкуренцию за активные центры адсорбента

в) полярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, неполярная часть погружена в растворитель

Вариант теста № 6.

Дана смесь веществ Х(­¯), У(_­¯), Z (­_¯), для которых стрелками указано сродство к ПФ (­) и НФ (¯). Накапливаться на хроматограмме ближе к линии старта будет:

а) х

б) у

в)z

Вариант теста № 7.

В основе молекулярно-ситовой хроматографии

а) геометрическое соответствие структуры активного центра адсорбента и структуры адсорбтива

б) различия в размерах молекул адсорбтива

в) различия в растворимости отдельных компонентов смеси в 2х несмешивающихся жидкостях

6. Этапы проведения лабораторного занятия.

№	Название этапа	Цель этапа	Время, мин
	I. Вводная часть занятия
1.	Организация занятия	Проверка присутствующих, их внешнего вида, наличия рабочих тетрадей и лекций
2.	Определение темы, мотивации, целей, задач занятия	Формирование мотивации данного занятия, значимости его в подготовке врача
	II. Основная часть занятия
3.	Контроль исходных знаний, умений и навыков	Выявление исходного уровня знаний, умений и навыков
4.	Общие и индивидуальные задания для СРС в учебное время	Дифференцированное ориентирование студентов к предстоящей работе
5.	Демонстрация методики лабораторной работы	Разбор ООД к самостоятельной работе
6.	Управляемая СРС в учебное время	Выполнения эксперимента. Овладение общепрофессиональной компетенцией ОПК - 7
7.	Реализация планируемой формы занятия	Контроль результатов обучения и оценка с помощью дескрипторов
8.	Итоговый контроль	Оценивание индивидуальных достижений студента, выявление ошибок и их корректировка
	III. Заключительная часть занятия
	Подведение итогов занятия	Оценка деятельности студентов и достижения цели занятия
10.	Общие и индивидуальные задания на СРС во внеучебное время	Указание по самоподготовке студентов к занятию «Определение порога коагуляции. Коллоидная защита»

7. Ориентировочная основа действия (ООД) для проведения самостоятельной работы студентов в учебное время.

I группа. Лабораторная работа «Качественные опыты по адсорбции»

Приборы и реактивы: пробирки, термометры (до 100⁰С), цилиндры на 10см³, воронки, фильтровальная бумага, индикаторы: фуксин, метиленовый голубой, метилвиолет, малахитовый зеленый, раствор FeCl₃ (C(1/3FeCl₃)=0,1моль/л), аммиачный раствор соли меди, адсорбенты: активированный уголь, силикагель, алюмагель, цеолит.

Задания для контроля сформированности компетенций в учебное время.

1. В используемых в медицинской практике эфире и хлороформе недопустимы даже следы влаги. Какой из адсорбентов (активированный уголь, цеолит, силикагель, алюмагель) наиболее пригоден для их осушки?

2. Почему при отравлениях животными ядами в качестве противоядия используют активированный уголь, а не цеолит?

3. Какие адсорбенты из известных Вы бы предложили в качестве «сухих бинтов» для ожоговых отделений больниц?

9. Учебно-материальное обеспечение:

9.1. Литература:

а) обязательная

1. Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия. - М.: ГЭОТАР-МЕДИА, 2007, с.760-796.

2. Жолнин А.В. Общая химия. Под. ред. Попкова В.А., Жолнина А.В., учебник М.:ГЭОТАР-МЕДИА, 2014. с. 291-302.

3. Ершов Ю.А. Коллоидная химия. – М.: ГЭОТАР-МЕДИА, 2014. с. 93-101.

4. Пузаков С.А., Попков В.А., Филиппова А.А. Сборник задач и упражнений по общей химии. Учеб. пособие для вузов, 5-е изд.-М.:Юрайт, 2013. с. 192-205.

 

б) дополнительная

1. Бабков А.В., Барабанова Т.И., Попков В.А. Общая и неорганическая химия, учебник М.: ГЭОТАР-МЕДИА, 2014. 384 с.

2. Тюрина Е.Ф., Иванова Н.С. и др. Общая химия. Вопросы и ответы. Владивосток, Медицина ДВ, 2008. 170 с.

 

в) интернет-ресурсы

http://www.studmedlib.ru

http://www.books-up.ru

10. Материальное обеспечение:

а) наглядные пособия – ПСЭ Менделеева Д.И.

б) лабораторные приборы, спиртовки, термометры, наборы адсорбентов

в) калькуляторы.

 

Оценивание уровня сформированности компетенций обучающихся проводится по балльно-рейтинговой системе.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

к лабораторному занятию

Модуль №3 «Поверхностные явления. Адсорбция. Коллоидные растворы. Высокомолекулярные соединения»

учебной дисциплины Химия

для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»

курс ____ I ___семестр _ I ___

 

Составитель Иванова Н.С.

к.х.н., доцент, зав. кафедрой

Рецензент Задорожная А.Н.

к.х.н., доцент

 

 

Владивосток, 2016

1. Тема: Качественные опыты по адсорбции. Тонкослойная хроматография

2. Мотивация изучения темы: адсорбция играет важную роль в жизнедеятельности человека, являясь предварительной стадией многих процессов, обеспечивающих обмен веществ. Является основой широко используемого в медицине и парамедицине метода анализа, разделения смесей с выделением БАВ, а также их очистка. Поэтому знание закономерностей адсорбционных явлений позволяет раскрыть возможности для решения теоретических и практических проблем в:

- нормальной физиологии: начальная стадия процесса дыхания, строение клеточной мембраны, перенос питательных веществ из крови в клетку, развитие аэроэмболии, эмульгирование жиров и т.д.;

- биохимии: хроматографическое разделение БАВ, анализ метаболитов и растительного сырья;

-клинической фармакологии: осушка и очистка лекарственных препаратов;

- микробиологии, вирусологии: использование адсорбентов для приготовления антигенного диагностикума, в начальном акте фагоцитоза, бактериологии;

- клинических дисциплинах: очистка крови и лимфы активированными углями, детоксикация организма при пищевых отравлениях, для лечения ожогов, для диагностики заболеваний на основе анализа аминокислот с помощью ионообменной хроматографии и т.д.;

- гигиене: анализ пищевых продуктов, обеспечение требуемого качества воды в источниках водоснабжения, очистка атмосферы и т.д.

Цели занятия.

3.1 Общая цель: изучение темы направлено на формирование ОПК – 7 по ФГОС специальности.

Конкретные цели и задачи.

После изучения темы студент должен:

«знать» - биологическую, экологическую и медицинскую роль адсорбции, факторы формирования эффективно работающей системы «адсорбент – адсорбтив», на основе адсорбционных представлений описывать процессы, протекающие в организме и окружающей среде;

«уметь» - интерпретировать полученные экспериментальные данные для отбора эффективных адсорбентов, проводить хроматографическое разделение смесей и идентифицировать их компоненты; решать типовые и ситуационные задачи по теме, пользоваться физическим и химическим оборудованием;

«владеть» -техникой эксперимента, включающей стадию подготовки адсорбента, операции фильтрования, измерения температуры и др.; навыками безопасной работы в химической лаборатории.

4. Вопросы, изученные на предшествующих дисциплинах и необходимые для освоения темы.

1. Строение и функции биологических мембран (кафедра биологии, ботаники и экологии).

5. Задания для самостоятельной подготовки к лабораторному занятию:

5.1. Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний.

1. Адсорбция. Основные понятия: положительная и отрицательная адсорбция, адсорбент, адсорбтив, типы адсорбционных систем.

2. Причина адсорбции: СЭП (G_S). Факторы, влияющие на неё.

3. Поверхностное натяжение. ПАВ и ПИАВ.

4. Строение дифильных ПАВ. Правило Траубе – Дюкло. Роль дифильных ПАВ.

5. Факторы, влияющие на адсорбционную способность адсорбентов.

6. Уравнения изотерм адсорбции Гиббса, Лэнгмюра, Фрейндлиха; их анализ.

7. Хроматография. Принципы хроматографического разделения в тонком слое адсорбента.

8. Классификация хроматографических методов по механизму разделения.

9. Детектирование хроматограмм и идентификация веществ.

 

5.2. Задания для СРС во внеучебное время.

Задача № 1.

Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2 · 10^{-19 м2} . Определите длину молекулы данного вещества, плотность которого 0,9 г/см³.

Ответ: 7,38×10^{-10 м}

Задача № 2.

Рассчитайте величину предельной адсорбции жирных кислот, если известно, что площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну молекулу для всего гомологического ряда, составляет 2,05×10^{-19 м2}.

Ответ: 8,1×10^-6 моль/м²

Задача № 3.

Сравните поверхностную активность (q) метилпропанола и метилбутанола в водных растворах. σ(Н₂О) = 72,75 мДж/ м²

С, моль/л	σ, мДж/ м2.
метилпропанол (I)	метилбутанол (II)
0,125	52,8	47,6
0,25	44,1	23,7

 

Выполняется ли правило Дюкло – Траубе? В случае отрицательного ответа попытайтесь объяснить причину.

Ответ: правило не выполняется.

Задача № 4.

Найти поверхностный избыток (кмоль/м²) пеларгоновой кислоты при 10⁰ С для концентрации раствора 50 мг/л. Поверхностное натяжение воды при данной температуре 74,22·10^-3 Дж/м², а раствора кислоты 57·10^-3 Дж/м².

Ответ: Г = 7,32×10^-9 кмоль/м²

Задача № 5.

Экспериментально установлено, что величина предельной (максимальной) адсорбции пропановой кислоты на угле составляет 3,0×10^-3 моль/г, К = 6,0×10^-2 моль/л. Какая масса вещества адсорбировалась из раствора, в котором установилась равновесная концентрация 0,1 моль/л? Масса адсорбента 1 г.

Ответ: 0,14 г.

 

5.3. Задания для самоконтроля подготовки к лабораторному занятию.

Вариант теста № 1.

В качестве противоядия при отравлениях метанолом применяют этанол. Применение этанола объясняется

а) более высокой поверхностной активностью этанола по сравнению с метанолом

б) равенством q(CH₃OH) и q(C₂H₅OH)

в) более высокой поверхностной активностью метанола по сравнению с этанолом

Вариант теста № 2.

Удаление фенола из воды можно провести, используя адсорбент

а) цеолит

б) активированный уголь

в) фермент декарбоксилазу

Вариант теста № 3.

Поверхностная активность пентанола будет больше поверхностной активности этанола в растворах одинаковой концентрации в

а) 34,33 раза

б) 9,75 раза

в)3,25 раза

Вариант теста № 4.

Для очистки водного раствора лекарственного препарата, содержащего примеси органических веществ, лучше всего использовать адсорбент

а) любой

б) полярный микропористый

в) неполярный микропористый

Вариант теста № 5.

В системе полярный адсорбент – неполярный растворитель

а) неполярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, а полярная часть погружена в растворитель

б) молекулы растворителя выигрывают конкуренцию за активные центры адсорбента

в) полярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, неполярная часть погружена в растворитель

Вариант теста № 6.

Дана смесь веществ Х(­¯), У(_­¯), Z (­_¯), для которых стрелками указано сродство к ПФ (­) и НФ (¯). Накапливаться на хроматограмме ближе к линии старта будет:

а) х

б) у

в)z

Вариант теста № 7.

В основе молекулярно-ситовой хроматографии

а) геометрическое соответствие структуры активного центра адсорбента и структуры адсорбтива

б) различия в размерах молекул адсорбтива

в) различия в растворимости отдельных компонентов смеси в 2х несмешивающихся жидкостях

6. Этапы проведения лабораторного занятия.

№	Название этапа	Цель этапа	Время, мин
	I. Вводная часть занятия
1.	Организация занятия	Проверка присутствующих, их внешнего вида, наличия рабочих тетрадей и лекций
2.	Определение темы, мотивации, целей, задач занятия	Формирование мотивации данного занятия, значимости его в подготовке врача
	II. Основная часть занятия
3.	Контроль исходных знаний, умений и навыков	Выявление исходного уровня знаний, умений и навыков
4.	Общие и индивидуальные задания для СРС в учебное время	Дифференцированное ориентирование студентов к предстоящей работе
5.	Демонстрация методики лабораторной работы	Разбор ООД к самостоятельной работе
6.	Управляемая СРС в учебное время	Выполнения эксперимента. Овладение общепрофессиональной компетенцией ОПК - 7
7.	Реализация планируемой формы занятия	Контроль результатов обучения и оценка с помощью дескрипторов
8.	Итоговый контроль	Оценивание индивидуальных достижений студента, выявление ошибок и их корректировка
	III. Заключительная часть занятия
	Подведение итогов занятия	Оценка деятельности студентов и достижения цели занятия
10.	Общие и индивидуальные задания на СРС во внеучебное время	Указание по самоподготовке студентов к занятию «Определение порога коагуляции. Коллоидная защита»

7. Ориентировочная основа действия (ООД) для проведения самостоятельной работы студентов в учебное время.

I группа. Лабораторная работа «Качественные опыты по адсорбции»

Приборы и реактивы: пробирки, термометры (до 100⁰С), цилиндры на 10см³, воронки, фильтровальная бумага, индикаторы: фуксин, метиленовый голубой, метилвиолет, малахитовый зеленый, раствор FeCl₃ (C(1/3FeCl₃)=0,1моль/л), аммиачный раствор соли меди, адсорбенты: активированный уголь, силикагель, алюмагель, цеолит.

Методика выполнения эксперимента