cơ sở lí hoá trong sinh học

MỤC LỤC
Trang
Đặt vấn đề ............................................................................................................3
Nội dung ..............................................................................................................4
1. Đặc trưng chung của các dung dịch ............................................................4
2. Các tính chất của dung dịch pha loãng ........................................................7
3. Áp suất thẩm thấu ........................................................................................8
3.1. Đặc điểm chung của áp suất thẩm thấu...........................................8
3.2. Định luật áp suất thẩm thấu – Định luật Van-Hoff................................9
3.3. Sự sai lệch khỏi định luật Van-Hoff và Raule trong các dung dịch chất
điện li..................................................................................................................13
3.4. Cơ sở của thuyết điện li ......................................................................14
3.5. Áp suất thẩm thấu với sự sống ............................................................17
Kết luận..............................................................................................................20
Tài liệu tham khảo..............................................................................................21
Tiểu luận Cơ sở lý hóa trong Sinh học Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản
đơn...
ĐẶT VẤN ĐỀ
Là một hệ thống hở, tế bào, mô, cơ thể luôn luôn thực hiện sự trao đổi
chất với môi trường bên ngoài. Quá trình này chỉ có thể xảy ra nhờ khả năng của
tế bào cho thâm nhập hoặc giải phóng các loại khí, nước, các chất hòa tan trong
nước, cũng như nhiều loại chất khác. Khả năng đó của từng loại tế bào, mô biểu
hiện rất khác nhau và bị chi phối không những bởi chức năng đặc trưng, mà còn
phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của chúng. Khả năng đó của từng loại tế bào,
mô còn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của vật chất và các quy luật đặc trưng
của từng trạng thái vật chất đó.
Trong vật lý, một trạng thái của vật chất, hay một pha của vật chất, là một
tập hợp các điều kiện vật lý và hóa học mà ở đó vật chất có các tính chất lý hóa
đồng nhất và sự sống chỉ sử dụng vật chất ở các trạng thái nhất định như dung
dịch, hỗn hợp giản đơn, huyền phù, hợp chất hóa học, ... với những nồng độ
thích hợp đối với từng loại tế bào, mô.

Kiến thức lý hóa là cơ sở của rất nhiều hiện tượng sinh học xảy ra trong
cơ thể sống, trong đất và trong mối tương tác giữa cơ thể với môi trường. Nhiên
cứu cơ sở lý hóa trong sinh học giúp ta biết được chức năng và hoạt động của
từng loại tế bào, từng loại mô, từng cơ quan và hệ thống cơ quan trong mối liên
hệ giữa chúng với nhau và giữa cơ thể với môi trường, nghiên cứu sự điều hòa
chức năng để đảm bảo cho sự tồn tại, phát triển và thích ứng của cơ thể với biến
đổi của môi trường.
Việc nghiên cứu đề tài: “Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản đơn,
huyền phụ và hợp chất hóa học và chỉ rõ nồng độ của dung dịch sinh lý là loại
nồng độ nào, công thức tính áp suất thẩm thấu của dung dịch sinh lý và lý giải
vì sao sử dụng công thức đó” cũng là vấn đề cấp thiết.
Do sự hạn chế về điều kiện thời gian, nguồn tài liệu cũng như sự hạn chế
trong kiến thức chuyên môn của bản thân nên bài tiểu luận sẽ không tránh khỏi
thiếu sót. Rất mong sự góp ý của Thầy cùng các anh chị học viên trong lớp để
bài viết được hoàn thiện hơn.
GVHD: GS. TSKH. Nguyễn Như Khanh HVTH: Nguyễn Văn Nam
3
Tiểu luận Cơ sở lý hóa trong Sinh học Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản
đơn...
NỘI DUNG
1. Đặc trưng chung của các dung dịch:
Các hệ thống đồng nhất có thành phần có thể biến đổi trong những giới
hạn rộng mà không gây ra những đột biến nào trong các tính chất của hệ thống
được goị là dung dịch.
- Dung dịch là những hệ thống đồng nhất gồm từ hai hay nhiều
chất và chiếm vị trí trung gian giữa hỗn hợp giản đơn, huyền phù (gồm từ các
cấu tử dị thể) và các hợp chất hoá học.
Dung dịch bao gồm chất hòa tan (chất tan) và dung môi (tức là môi
trường làm hòa tan chất tan).
Ví dụ: đường hay muối hòa tan trong nước gọi là dung dịch

- Huyền phù (nổi lơ lửng, từ phù có nghĩa là nổi và huyền là treo
hay đeo lơ lửng) là một hệ gồm pha phân tán là các hạt rắn lơ lửng trong môi
trường phân tán lỏng (hỗn hợp dị thể).
Nếu để yên một huyền phù thì ngược lại với dung dịch , chất rắn có kích
thước không nhỏ lắm sẽ lắng xuống đáy tạo thành một lớp cặn (sa lắng hay
trầm tích ). Chất lỏng phía trên có thể được chiết ra (lắng gạn) và tách chất rắn
ra khỏi chất lỏng.
Ví dụ: Nếu ta khuấy đất sét nghiền nhỏ với nước và để lắng yên một thời
gian, những hạt đất sét sẽ dần lắng xuống đáy bình. Những hạt đất sét không tan
và ta có thể thấy bằng mắt thường. Hỗn hợp như vây ta gọi là huyền phù.
Khác biệt với các hợp chất giản đơn, các phân tử tạo nên dung dịch phân
bố đều trong toàn bộ dung dịch mà không tạo nên các tích tụ bộ phận với kích
thước lớn hơn phân tử.
Khác biệt với các hợp chất hoá học, dung dịch có thành phân thay đổi
nhưng không tuân thủ định luật tỉ lệ bội (số).
Đồng thời quá trình hoà tan không phải một sự phân bố cơ học đơn giản
của một chất này trong môt chất khác, mà là một quá trình phức tạp có đặc trưng
GVHD: GS. TSKH. Nguyễn Như Khanh HVTH: Nguyễn Văn Nam
4
Tiểu luận Cơ sở lý hóa trong Sinh học Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản
đơn...
bởi mối quan hệ tương tác của chất tan với dung môi. Mối tương tác đó khác
biệt với tuơng tác hoá học bình thường bởi đặc trưng và trị số của mối liên kết
các cấu tử. Tuy nhiên sự khác biệt ấy không phải luôn có thể dễ dàng thấy được,
ví dụ, trong một số trường hợp các quá trình hoà tan kèm theo những hiệu ứng
nhiệt giống như những phản ứng hoá học bình thường, còn các chất đuợc hình
thành qua sự tương tác của chất tan với dung môi được gọi là các sonvat có thể
tách ra khỏi dung dịch và có những tính chất cá biệt nhất định.
Do vậy, các dung dịch không chỉ là các hổn hợp đồng nhất của hai hay nhiều
chất mà còn là các sản phẩm do môi trường tương tác giữa các chất đó tạo nên.

D.I. Mendeleev xác lập trong quá trình hoà tan có sự tồn tại của “hai hiện
tượng được thực hiện đồng thời:vật lý và hoá học”, làm lạnh hay đun nóng dung
dịch được ông giải thích là do sự ưu thế của một trong các hiện tượng. Ông liên
kết sự toả nhiệt khi hoà tan với quá trình hoá học của mối tương tác giữa chất
được hoà tan với nước. Quan điểm tưong tác giữa các chất tan và dung môi hình
thành nên các hợp chất hoá học nhất định toả nhiệt không bền vững mà một
phần của chúng ở trong trạng thái phân li.
Như vậy D.I. Mendeleev nêu ra ý nghĩa của các quá trình hoá học nhưng
đã không bỏ qua các tác nhân vật lý. Lí thuyết đó gọi là thuyết thuỷ hóa hay
thuyết hoá học của các dung dịch của D.I.Mendeleev. Ngày nay thuyết này đã
được mọi người công nhận.
Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc nội tại của dung dịch được tiến
hành nhờ phương pháp hiện đại như trắc phổ hồng ngoại, phổ tán xạ tổ hợp
(hay tán xạ Ranma) và các phương pháp khác đã xác lập được rằng, nói
chung, phân tử chất tan giống với phân tử chất lỏng nhiều hơn so với phân tử
khí hay phân tử kết tinh.
Khi nghiên cứu các dung dịch người ta phân biệt dung môi và chất tan.
Trong trường hợp hoà tan với chất lỏng, chất chiếm lượng lớn hơn gọi là dung
môi. Trong trường hợp hoà khí hay chất rắn vào chất lỏng thì chất lỏng được coi
là dung môi, còn chất tan là khí hoà tan hay chất rắn. Tuỳ thuộc vào hàm lượng
tưong đối của chúng.
GVHD: GS. TSKH. Nguyễn Như Khanh HVTH: Nguyễn Văn Nam
5
Tiểu luận Cơ sở lý hóa trong Sinh học Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản
đơn...
Đặc trưng quan trọng nhất của dung dịch là thành phần định tính (gồm
những chất nào) và thành phần định lượng (thành phần này hay thành phần khác
chứa trong dung dịch với liều lượng bao nhiêu).
Luợng chất tan chứa trong một lượng dung dịch xác định được gọi là
nồng độ. Nếu lượng chất tan được so với trọng lượng xác định thì nồng độ

đó gọi là nồng độ trọng lượng, nếu được so với thể tích dung dịch thì gọi là
nồng độ thể tích. Thường nông độ trọng lượng thể hiện ra phần trăm hay
được đặc trưng bằng trọng lượng riêng của dung dịch. Chẳng hạn, dung dịch
mà trong 100g của nó chứa 10 g muối và 90 g nước thì được gọi la dung
dịch muối 10%.
Ví dụ 1: Dung dịch 0,9% NaCl: trong 100 g dung dịch có 0,9 g NaCl +
99,1 g dung môi (H
2
0).
Nồng độ thể tích được thể hiện bằng mol hay bằng chuẩn (N), trường hợp
thứ nhất nếu trọng lượng chất tan được thể hiện ra bằng phân tử gam trong 1 lít
dung dịch, trường hợp thứ hai trọng lượng chất tan thể hiện bằng đương lượng
gam trong 1 lít dung dịch. Nếu trong V lít dung dịch có chứa na mol chất tan thì
nồng độ thể tích
V
n
C
=
. Chuẩn cũng là một sự thể hiện của nồng độ.
Ví dụ 2: 1 N KCl = 74,5 g/l (một đương lượng dung dịch bằng nồng độ
mol).
Trong một số trường hợp (khi xác định thành phần hơi trên dung dịch, sự
giảm điểm băng và tăng điểm sôi của dung dịch) người ta dùng số mol chứa 100
g dung môi (nồng độ mol) làm thước đo nồng độ.
Ví dụ 3: 1 M NaCl = 58,5 g/l (phân tử gam/lít).
Khi nghiên cứu tính chất của dung dịch, tiện lợi hơn đối với việc phát
hiện các quy luật trong các tính chất của chúng, người ta không đối chiếu trọng
lượng hay thể tích của các thành phần mà so sánh số lượng mol, đặc biệt so sánh
phần nhỏ của mol.
N n

n
Ni
+
=
GVHD: GS. TSKH. Nguyễn Như Khanh HVTH: Nguyễn Văn Nam
6
Tiểu luận Cơ sở lý hóa trong Sinh học Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản
đơn...
Khi hợp chất (chất tan) có hóa trị nhỏ (bằng 1) thì nồng độ đương lượng
bằng nồng độ mol. Ngược lại, khi chất tan có hóa trị lớn, nồng độ đương lượng
khác nồng độ mol.
Ví dụ 4: 1 M H
2
SO
4
= 98 g/l nhưng dd H
2
SO
4
1N = 49g/l
1 M Na
2
SO
4
= 142 g/l nhưng dd H
2
SO
4
1N = 71g/l
Ví dụ 5: nồng độ %, M, N của dung dịch H

3
PO
4
- Nồng độ %: dd 10% = 10 g H
3
PO
4
/ 100ml H
2
O = 100 g/1000 l
- Nồng độ M: 1 phân tử gam / lít = M H
3
PO
4
/l
- Nồng độ N:
3
POH N 1M1
POH N 1
43
43
=
/l.
2. Các tính chất của dung dịch pha loãng:
Các dung dịch pha loãng trong đó phân tử chất tan cách biệt nhau bởi số
lượng các phân tử dung môi và do đó các tính chất đặc trưng vê mối tương tác
giữa chúng không còn thể hiện rõ rệt.
Hai yếu tố ảnh hưởng rõ nhất đến tính chất của dung dịch loãng là: bản
chất và nồng độ của dung môi và của chất tan. Từ đó, dung dịch có các tính chất
đặc trưng sau:

• Áp suất hơi của dung dịch thấp hơn áp suất hơi của dung môi
• Các dung dịch đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn so với dung môi
• Các dung dịch sôi ở nhiệt độ cao hơn so với dung môi
• Trong dung dịch xuất hiện áp suất thẩm thấu
Dung dịch trong cơ thể sinh vật đóng vai trò quan trọng: vận chuyển vật
chất từ nơi này đến nới khác của cơ thể, là môi trường để thực hiện các phản
ứng hóa sinh, bảo vệ các tỏ chức, thực hiện sự trao đổi chất, dẫn truyền các xung
điện thần kinh.
Căn cứ vào khả năng phân li của chất tan, có thể chia dung dịch ra thành
hai loại dung dịch hòa tan không điện li và dung dịch hòa tan chất điện li.
GVHD: GS. TSKH. Nguyễn Như Khanh HVTH: Nguyễn Văn Nam
7
Tiểu luận Cơ sở lý hóa trong Sinh học Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản
đơn...
* Dung dịch hòa tan không điện li là hệ đồng nhất gồm hai hay nhiều chất
không có khả năng phân li thành ion.
* Dung dịch hòa tan chất điện li khác với dung dịch hòa tan không phân li
ở chỗ chất hòa tan có khả năng phân li thành ion dương hoặc ion âm. Đặc trưng
cho loại dung dịch này, người ta đưa ra khái niệm độ phân li:
α
= số phân tử phân li / số phân tử chất tan. (
α
= 0 → 1)
Đối với chất điện li hoàn toàn có
α
= 1, và chất không điện li là
α
= 0.
3. Áp suất thẩm thấu:
3.1. Đặc điểm chung của áp suất thẩm thấu

Sự khuếch tán một chiều của dung môi vào dung dịch được gọi là sự
thẩm thấu còn lực gây ra bởi sự thẩm thấu gọi là áp suất thẩm thấu.
Áp suất thẩm thấu sinh ra là do sự có mặt các chất hòa tan trong dung
dịch. Áp suất này có tác dụng làm dung môi chuyển động về phía dung dịch và
có độ lớn bằng áp suất thủy tĩnh cần thiết làm ngừng sự thẩm thấu khi đặt dung
dịch ngăn cách với dung môi bằng một bàn bán thấm.
Sự khuếch tán một chiều là hiện tượng nếu có một màng chắn bán thấm
chia dung dịch và dung môi thành hai phần và chỉ cho phép các phân tử dung
môi tự do đi qua, giữ lại các phân tử chất tan.
Sự khuếch tán kiểu đó là do số lượng các phân tử dung môi trong đơn vị
thể tích nhiều hơn so với cùng thể tích của dung dịch vì trong dung dịch các
phân tử chất tan chiếm một phần thể tích. Kết quả của sự vận động các phân tử:
sự chuyển dịch của các phân tử dung môi từ dung môi qua màng vào dung dịch
chiếm ưu thế hơn so với sự chuyển dịch của chúng theo hướng ngược lại.
Ví dụ: nếu ta cho nước vào dung dịch đậm đặc chất nào đó, ví dụ như
dung dịch KMnO
4
, sau một thời gian, các cấu tử KMnO
4
xâm nhập vào lớp nước
và phân bố đều trong toàn bộ dung tích của chất lỏng, đồng thời các phân tử
nước cũng xâm nhập vào các lớp KMnO
4.
Quá trình đó tiếp tục cho tới khi xác
lập sự cân bằng nồng độ dung dịch.
GVHD: GS. TSKH. Nguyễn Như Khanh HVTH: Nguyễn Văn Nam
8
Tiểu luận Cơ sở lý hóa trong Sinh học Phân biệt dung dịch với hỗn hợp giản
đơn...
Sự khuếch tán tự phát như vậy là hệ quả của sự vận động nhiệt của các phân

tử chất tan có khả năng tương tự như các phân tử khí phân tán đều khắp cả dung tích.
Sự khuếch tán trong dung dịch khác với sự khuếch tán trong không khí là
có tốc độ thấp hơn do mật độ cao của môi trường.
Kết quả cuối cùng của sự thẩm thấu và khuếch tán là sự cân bằng nồng
độ, trong đó các phương thức để đạt được trạng thái cân bằng đó khác nhau cơ
bản. Trong quá trình khuếch tán, sự cân bằng nồng độ đạt được nhờ sự chuyển
dịch của các phân tử chất tan, còn trong trường hợp thẩm thấu, đó là sự chuyển
dịch của các phân tử dung môi.
Cơ chế của hiện tượng thẩm thấu phức tạp hơn nhiều. Cấu trúc và thành
phần của màng có vai trò đặc biệt quan trọng. Tùy thuộc vào bản chất của màng,
cơ chế thẩm thấu sẽ khác nhau. Trong một số trường hợp chỉ có những chất có thể
hòa tan trong màng là có thể tự do qua màng; trong trường hợp khác, màng tương
tác với dung môi tạo nên hợp chất trung gian kém bền vốn dễ phân giải và cuối
cùng màng có thể là vách ngang hình rây có lỗ thông với kích thước xác định.
Màng bán thấm có thể được chia thành 3 nhóm: nhóm thứ nhất gồm nhóm
màng tế bào và màng mô sinh vật như màng bàng quang, màng vách ruột…;
nhóm thứ hai gồm các màng hữu cơ nhân tạo như màng colodion, gelatin,
xelophan…; nhóm thứ ba là những màng tạo ra từ các chất hữu cơ bằng phản
ứng trao đổi gọi là màng kết tủa.
Ví dụ: màng kết tủa; màng từ đồng feroxianua Cu
2
[Fe(CN)
6
] được tạo nên
từ phản ứng hóa học:
2 CuSO
4
+ K
4
[Fe(CN)

6
] = Cu
2
[Fe(CN)
6
] + 2 K
2
SO
4
Áp suất thẩm thấu chỉ xuất hiện trên ranh giới giữa dung dịch và dung
môi (hay dung dịch có nồng độ khác), nếu ranh giới như vậy được hình thành
bởi màng bán thấm. Dung dịch chứa trong cốc bình thường không ép lên vách
cốc áp suất nào khác ngoài áp suất thủy tĩnh bình thường. Vì vậy cần xem áp
suất thẩm thấu không phải như là tính chất của chất tan hay của dung môi
hay của bản thân dung dịch mà như là tính chất của hệ gồn dung môi, dung
dịch với màng ngăn bán thấm giữa chúng.
GVHD: GS. TSKH. Nguyễn Như Khanh HVTH: Nguyễn Văn Nam
9