7.17.2. Осмометрия

Так как молярная концентрация С представляет собой число молей вещества n, содержащееся в литре раствора, а n в свою очередь равно массовому количеству вещества m, делённому на его молярную массу:

n = m/М ,

то осмометрические измерения можно использовать для определения молярной массы растворённого вещества. Подставляя это значение С в (7.4) :

m

 =  RT,

M

и решая его относительно М, получаем уравнение

m

M =  RT,



лежащее в основе осмометрического метода определения молярной массы растворённого вещества.

Для низкомолекулярных неорганических и органических соединений осмометрический метод обычно не дает преимуществ по сравнению с другими методами, например, с криометрическим. Однако в случае вы­со­комолекулярных веществ, как правило, образующих растворы с очень малыми молярными концентрациями, осмометрия оказывается достаточно чувствительной и полезной.

Именно при помощи этого метода Адером в 1925 г. была впервые достоверно определена молярная масса гемоглобина, равная  68000, что впоследствии было подтверждено при помощи других физико-химических методов.

7.17.3. Значение осмотических явлений

Осмос играет важную роль в растительных и животных организмах, способствуя оводнению клеток и межклеточных структур. Оболочки клеток представляют собой полупроницаемые мембраны. Если клетки, например, эритроциты, поместить в дистиллированную воду, то из-за осмоса, направленного внутрь клеток (эндоосмос), они довольно быстро увеличиваются в размерах. В конце концов это приводит к тому, что клетки разрываются, так как оболочки не выдерживают развивающегося внутри них давления. Такое явление в общем случае носит название лизис, а в случае эритроцитов - гемолиз. Если же клетки поместить в концентрированный раствор какой-либо нейтральной соли, например, NaCl, то наблюдается, наоборот, выход воды из клеток наружу (экзоосмос), приводящий к их сморщиванию (плазмолизу). И лизис, и плазмолиз приводят к гибели клеток.

Человеческий организм, как и организмы животных и растений, характеризуется гомеостазом ряда физико-химических показателей внутренней среды, в том числе и осмотического давления крови. При температуре 37^оС осмотическое давление крови, лимфы, тканевых жидкостей человека составляет 7,4  7,8 атм (7,5  7,910⁵ Па). Колебания внутри этого интервала обусловлены индивидуальными особенностями. Постоянство осмотического давления в организме называется изоосмией. Поддерживается осмотическое давление на нужном уровне выделением избыточного количества воды почками, лёгкими, кожей (с потом) или, наоборот, задержкой воды в организме при её недостатке. Нарушение изоосмии оказывается губительным для организма гораздо раньше, чем наступает плазмолиз или лизис клеток. Снижение осмотического давления введением больших избытков воды или в результате интенсивной потери солей, например, с потом, вызывает рвоту, судороги, затемнение сознания и т. п., вплоть до гибели организма. Повышение же осмотического давления при введении больших количеств солей приводит к перераспределению воды в тканях, к их общим и местным отёкам (в тяжёлых случаях называемым “водянкой”).

Осмотическое давление жидкостей организма обусловлено суммарной концентрацией растворённых в них веществ, как низкомолекулярных (органических и неорганических), так и высокомолекулярных. Вклад растворённых в плазме крови белков в её осмотическое давление называется онкотическим давлением. Оно обычно составляет 0,25  0,4 атм и, несмотря на малую величину, играет значительную роль в регуляции диффузии воды из крови в прилегающие ткани и обратно.

Хотя в организме есть механизм, поддерживающий изоосмию, тем не менее, местные изменения осмотического давления (например, в случае введения в организм неизотонированных растворов при внутривенных вливаниях, при введении глазных капель и т. п.) могут вызывать отрицательные, часто необратимые явления.

В медицине и фармации растворы обычно считаются изотоническими, гипер- и гипотоническими по отношению к плазме крови. В организм человека и животных в лечебных целях можно вводить в больших количествах только изотонические растворы. При приготовлении изотонических инъекционных растворов следует чётко выдерживать концентрацию лекарственного вещества в соответствии с уравнением (7.4), или в качестве растворителя применять специальные изотонические растворы, часто называемые физиологическими растворами. Простейший из них - 0,9 %-ный (0,15 М) раствор хлорида натрия. Так как инъекционные и инфузионные растворы, глазные, ушные, носовые капли и другие жидкие лекарственные формы во многих случаях содержат более двух компонентов, при их приготовлении следует учитывать так называемую осмолярную концентрацию - суммарную молярную концентрацию всех компонентов раствора независимо от их природы. Если в состав раствора входят электролиты, при вычислении осмолярной концентрации следует учитывать вклад в осмотическое давление образующихся при диссоциации ионов, как будет показано далее при рассмотрении коллигативных свойств растворов электролитов.

В клинической практике применяются и гипертонические растворы, например, внутривенные при лечении глаукомы или в виде гипертонических повязок для очищения гнойных ран.

Существенную роль явление осмоса играет в действии слабительных средств (глауберова соль Na₂SO₄10H₂O, горькая соль MgSO₄, фенолфталеин и т. п.). Оно основано на том, что ионы SO₄^2 и органические анионы, содержащиеся в них, своим воздействием на стенки кишечника препятствуют всасыванию ионов натрия, а это вызывает значительный осмотический отток воды из крови в просвет кишечника.

Широко известно использование гипертонических растворов для консервирования пищевых продуктов. В рассолах и сахарных сиропах повышенное осмотическое давление вызывает плазмолиз и, как следствие, гибель попавших в них микроорганизмов.