Rozwiązanie hipertoniczne: cechy, jak je przygotować i przykłady
Roztwór hipertoniczny to taki, w którym ciśnienie osmotyczne jest wyższe w pobliżu komórki. Aby zrównoważyć tę różnicę, woda płynie z wnętrza na zewnątrz, powodując jej kurczenie się. Na dolnym obrazie można zaobserwować stan krwinek czerwonych w stężeniach o różnej toniczności.
W tych komórkach podświetlony jest przepływ wody ze strzałkami, ale czym jest toniczność? A także, jakie jest ciśnienie osmotyczne? Istnieje kilka definicji toniczności rozwiązania. Na przykład można to określić jako osmolalność roztworu w porównaniu z osoczem.
Może również odnosić się do stężenia substancji rozpuszczonych rozpuszczonych w roztworze, oddzielonych od jego otoczenia membraną, która kieruje kierunkiem i stopniem dyfuzji wody przez nią.
Podobnie, można to postrzegać jako zdolność roztworu pozakomórkowego do przemieszczania wody do komórki lub na jej zewnątrz.
Ostatnim pojęciem może być pomiar ciśnienia osmotycznego, które przeciwdziała przepływowi wody przez półprzepuszczalną membranę. Jednak najczęściej stosowaną definicją toniczności jest ta, która wskazuje ją jako osmolalność osocza, o wartości 290 mOsm / l wody.
Wartość osmolalności osocza uzyskuje się przez pomiar spadku punktu krioskopowego (właściwości koligatywnej).
Właściwości zbierania
Ciśnienie osmotyczne jest jedną z właściwości koligatywnych. Są to te, które zależą od liczby cząstek, a nie od ich natury, zarówno w roztworze, jak i w charakterze rozpuszczalnika.
Zatem dla tych właściwości nie ma znaczenia, czy cząstka jest atomem Na lub K, czy cząsteczką glukozy; ważna jest ich liczba.
Właściwości koligatywne to: ciśnienie osmotyczne, spadek temperatury krioskopowej lub zamarzania, spadek ciśnienia pary i wzrost temperatury wrzenia.
Aby analizować lub pracować z tymi właściwościami roztworów, konieczne jest użycie wyrażenia stężenia roztworów innych niż zwykle wyrażane.
Wyrażenia koncentracji, takie jak molarność, molalność i normalność, są identyfikowane z konkretną substancją rozpuszczoną. Na przykład mówi się, że roztwór ma 0, 3 mol w NaCl lub 15 mEq / L Na + itd.
Jednakże, wyrażając stężenie w osmolach / l lub w osmolach / l H2O, nie ma identyfikacji substancji rozpuszczonej, ale liczbę cząstek w roztworze.
Obliczanie osmolarności i osmolalności
W przypadku osocza korzystnie stosuje się osmolalność wyrażoną w mOsm / l wody, mOsm / kg wody, osm / l wody lub osm / kg wody.
Powodem tego jest istnienie w plazmie białek, które zajmują ważny procent objętości plazmy - około 7% - powodu, dla którego reszta substancji rozpuszczonych rozpuszcza się w mniejszej objętości litra.
W przypadku roztworów substancji rozpuszczonych o niskiej masie cząsteczkowej objętość zajmowana przez nie jest stosunkowo niska, a osmolalność i osmolarność można obliczyć w ten sam sposób, bez popełniania większego błędu.
Osmolarność (roztwór mOsm / L) = molarność (mmol / L) ∙ v ∙ g
Osmolalność (mOsm / L H 2 O) = molalność (mmol / L H 2 O) ∙ v ∙ g
v = liczba cząstek, w których związek jest dysocjowany w roztworze, na przykład: NaCl dysocjuje na dwie cząstki: Na + i Cl-, więc v = 2.
CaCl 2 w roztworze wodnym dysocjuje na trzy cząstki: Ca2 + i 2 Cl-, więc v = 3. FeCl3 w roztworze dysocjuje na cztery cząstki: Fe3 + i 3 Cl-.
Wiązania, które dysocjują, są wiązaniami jonowymi. Następnie ze związków obecnych w ich strukturze tylko wiązania kowalencyjne nie ulegają dysocjacji, na przykład między innymi glukoza, sacharoza, mocznik. W tym przypadku v = 1.
Współczynnik osmotyczny
Współczynnik korygujący „g” jest tak zwanym współczynnikiem osmotycznym utworzonym w celu skorygowania oddziaływania elektrostatycznego między elektrycznie naładowanymi cząstkami w roztworze wodnym. Wartość „g” waha się od 0 do 1. Związki z wiązaniami niezdysocjowalnymi - to znaczy kowalencyjne - mają wartość „g” równą 1.
Elektrolity w silnie rozcieńczonych roztworach mają wartość „g” bliską 1. Przeciwnie, gdy stężenie roztworu elektrolitycznego wzrasta, wartość „g” maleje i mówi się, że zbliża się do zera.
Gdy stężenie związku elektrolitycznego wzrasta, liczba naładowanych elektrycznie cząstek w roztworze wzrasta w ten sam sposób, więc wzrasta możliwość oddziaływania między naładowanymi dodatnio i ujemnie naładowanymi cząstkami.
W konsekwencji liczba rzeczywistych cząstek zmniejsza się w porównaniu z liczbą cząstek teoretycznych, więc występuje korekta wartości osmolalności lub osmolalności. Odbywa się to za pomocą współczynnika osmotycznego „g”.
Charakterystyka roztworu hipertonicznego
Osmolalność roztworu hipertonicznego jest większa niż 290 mOsm / l wody. Jeśli dojdzie do kontaktu z osoczem przez półprzepuszczalną błonę, woda będzie płynąć z osocza do roztworu hipertonicznego, aż osiągnięta zostanie równowaga osmotyczna między obydwoma roztworami.
W tym przypadku plazma ma wyższe stężenie cząstek wody niż roztwór hipertoniczny. W biernej dyfuzji cząstki mają tendencję do dyfuzji z miejsc, w których ich stężenie jest większe do miejsc, w których jest niższa. Z tego powodu woda płynie z plazmy do roztworu hipertonicznego.
Jeśli erytrocyty zostaną umieszczone w roztworze hipertonicznym, woda przepłynie z erytrocytów do roztworu pozakomórkowego, powodując jego kurczenie się lub krenację.
Zatem przedział wewnątrzkomórkowy i przedział pozakomórkowy mają taką samą osmolalność (290 mOsm / l wody), ponieważ istnieje równowaga osmotyczna między przedziałami ciała.
Jak przygotować rozwiązanie hipertoniczne?
Jeśli osmolalność osocza wynosi 290 mOsm / l H2O, roztwór hipertoniczny ma osmolalność większą niż ta wartość. Dlatego mamy nieskończoną liczbę rozwiązań hipertonicznych.
Przykłady
Przykład 1
Jeśli chcesz przygotować roztwór CaCl 2 o osmolalności 400 mOsm / L H 2 O: znajdź g / L H 2 O CaCl 2 wymagane.
Dane
- Masa cząsteczkowa CaCl 2 = 111 g / mol
- Osmolalność = molalność ∙ v ∙ g
- molalność = osmolalność / v ∙ g
W tym przypadku CaCl 2 rozpuszcza się w trzech cząstkach, więc v = 3. Przyjmuje się, że wartość współczynnika osmotycznego wynosi 1, jeśli nie ma tabel g dla związku.
molalność = (400 mOsm / L H 2 O / 3) ∙ 1
= 133, 3 mmol / l H2O
= 0, 133 mol / l H2O
g / L H 2 O = mol / L H 2 O ∙ g / mol (masa cząsteczkowa)
= 0, 133 mol / L H2O O 111 g / mol
= 14, 76 g / l H2O
Aby przygotować roztwór CaCl2 o osmolalności 400 mOsm / L H2O (hipertoniczny), waży się 14, 76 g CaCl2, a następnie dodaje się jeden litr wody.
Procedurę tę można zastosować do przygotowania dowolnego roztworu hipertonicznego o pożądanej osmolalności, pod warunkiem, że przyjmuje się wartość 1 dla współczynnika osmotycznego „g”.
Przykład 2
Przygotuj roztwór glukozy o osmolalności 350 mOsm / l H 2 O.
Dane
- Masa cząsteczkowa glukozy 180 g / mol
- v = 1
- g = 1
Glukoza nie ulega dysocjacji, ponieważ ma wiązania kowalencyjne, więc v = 1. Ponieważ glukoza nie dysocjuje na elektrycznie naładowane cząstki, nie może wystąpić oddziaływanie elektrostatyczne, więc g jest równe 1.
Następnie, w przypadku związków niezwiązanych (takich jak glukoza, sacharoza, mocznik itp.) Osmolalność jest równa molalności.
molalność roztworu = 350 mmol / L H2O
molalność = 0, 35 mol / l H2O.
g / L H2O = molowo ∙ masa cząsteczkowa
= 0, 35 mol / l H20 ∙ 180 g / mol
= 63 g / l H2O
