溶液
溶液是由兩種或多種組分所組成的均勻體系。溶液對于科學研究、生命現(xiàn)象都具有重要意義。人的體液多是溶液，醫(yī)療用藥亦多以溶液的形式或在體液內(nèi)溶解后形成溶液而發(fā)揮其效應。可見溶液與醫(yī)學的聯(lián)系是極其密切的。所以，對于學習醫(yī)學的人來說，了解有關溶液的物理和化學性質(zhì)是非常必要的。
本章主要討論有關溶液的概念、溶液的組成量度及滲透壓。
第一節(jié) 溶解度
在一定條件（溫度、壓力）下，一定量的溶劑溶解溶質(zhì)達飽和時，所含溶質(zhì)的量稱為溶解度。任何一種表示濃度的單位都可用來作為溶解度的單位。因此，根據(jù)工作需要，溶解度可以有各種不同的表示法，通常用一定溫度下，100克溶劑形成飽和溶液時所溶解溶質(zhì)的質(zhì)量（單位為克）表示。
物質(zhì)溶解度的大小與很多因素有關，主要決定于溶質(zhì)和溶劑的本性以及外界的溫度和壓力。
一、 固體在液體中的溶解度
溫度對固體物質(zhì)溶解度的影響，可以通過實驗繪成的溶解度曲線來表示。圖1-1是幾種固體鹽類在水中的溶解度曲線。
圖1-1 溶解度曲線
從圖1-1中可以看出，大多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而增大。個別物質(zhì)如醋酸鈣的溶解度，隨溫度的升高反而減小。還可看到硫酸鈉的溶解度曲線，在32.4℃時出現(xiàn)了一個轉(zhuǎn)折點。這是因為32.4℃左右時，硫酸鈉的存在形式不同。在32.4℃以下，與飽和溶液呈平衡的固體是含結晶水的硫酸鈉Na2 SO4 ?10H2 O,隨溫度升高溶解度增大。在32.4℃以上，與飽和溶液呈平衡的固體是無水硫酸鈉Na2 SO4 ，隨溫度上升而溶解度減小。
利用在不同溫度下物質(zhì)的溶解度不同這一性質(zhì)，可以進行物質(zhì)的提純以除去其中雜質(zhì)。在實際工作中，常將要是純的物質(zhì)先加熱溶解于適當?shù)娜軇┲校蛊涑蔀轱柡突蚪咏柡腿芤海脽釣V去不溶性雜質(zhì)，然后將溶液冷卻，這時因物質(zhì)的溶解度減小，勢必從溶液中析出結晶，而可溶性雜質(zhì)由于含量少，遠未達到飽和而留在母液中。最后過濾，使析出的結晶與母液分離而得到較純物質(zhì)。這種操作稱為重結晶。
值得注意的是有些物質(zhì)在溫度降低時，溶液中所含溶質(zhì)的量雖超過了該溫度下飽和溶液所含溶質(zhì)的量，溶質(zhì)也不析出，這種溶液稱為過飽和溶液。過飽和溶液是不穩(wěn)定的體系，稍一振蕩或投入一小顆粒結晶，多余的溶質(zhì)立即從溶液中析出而成為飽和溶液。
二、氣體在液體中的溶解度
氣體的溶解平衡是指在密閉容器中，溶解在液體中的氣體分子與液體上面的氣體分子保持平衡。溶解達平衡時，氣體在液體中的濃度就是氣體的溶解度。通常用1體積液體中所能溶解氣體的體積表示。表1-1是一些氣體在水中的溶解度。
表1－1 一些氣體在水中的溶解度
| 溫度/℃ | O2 | H2 | N2 | CO2 | HCL | NH3 |
| 0 | 0.0489 | 0.0215 | 0.0235 | 1.713 | 507 | 1176 |
| 20 | 0.0310 | 0.0182 | 0.0155 | 0.878 | 442 | 702 |
| 30 | 0.0261 | 0.0170 | 0.0134 | 0.665 | 413 | 586(28℃) |
| 35 | 0.0244 | 0.0167 | 0.0126 | 0.592 | ―― | ―― |
從表1-1中可以明顯地看出，溫度升高，氣體的溶解度減小。也可以看出，不同的氣體在水中的溶解度相差很大，這與氣體及溶劑的本性有關。H2 ，O2 ，N2 等氣體在水中的溶解度較小，因為這些氣體在溶解過程中不與水發(fā)生化學反應，稱為物理溶解。而CO2 ，HCL，NH3 等氣體在水中的溶解度較大，因為這些氣體在溶解過程中與水發(fā)生了化學反應，稱為化學溶解。
氣體在液體中的溶解，除與氣體的本性、溫度有關外，壓力對氣體的溶解度的影響也比較大。壓力和分壓的單位是帕（或帕斯卡，符號Pa），通常用千帕（符號kPa）表示。101.325kPa(或101325Pa)相當于過去1atm（1大氣壓），133.32Pa相當于1mmHg，作為非國際單位制的atm和mmHg本書不再使用。
（一）分壓定律
混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和。這一定律稱為分壓定律。這種關系可用數(shù)學式表示。
p=p1 +p2 +p3 +…
式中，p是混合氣體的總壓力，p1,p2,p3等是各組分氣體的分壓力。
混合氣體中每一種氣體的分壓力，可由總壓力和該氣體在混合氣體中所占的體積百分數(shù)或摩爾分數(shù)的乘積來計算：
p1 =p×(%V1 )
或 p1 =p×x1
式中，p為氣體總壓力，%V1為氣體1的體積百分數(shù)，x1 為氣體1的摩爾分數(shù)。
例1 人的肺泡氣總壓力為101.325kPa，37℃時，它的組成用體積百分數(shù)表示分別為：O2 為13.4%，CO2 為5.3%，N2 為75%，H2 O（蒸汽）為6.3%，試求各氣體在肺泡中的分壓。
解：po2 =101.325kPa×13.4%=13.6kPa
pCO2 =101.325kPa×5.3%=5.4kPa
pN2 =101.325kPa×75%=76.0kPa
pH2O =101.325kPa×6.3%=6.4kPa
(二)亨利定律
1803年亨利（Henry）從實驗中總結出一條規(guī)律，其內(nèi)容是：“在一定溫度下，氣體溶解達到平衡時，氣體在液體中的溶解度和氣相中該氣體的分壓成正比。”這一規(guī)律稱為亨利定律。可用數(shù)學式表示：
c=Kp (1-1)
式中，c為氣體在液體中溶解度，一般是指1kg水中溶解氣體的質(zhì)量（克）；p為液面上氣體的平衡分壓；K為常數(shù)，是該氣-液體系的特征常數(shù)。
必須注意，亨利定律只適用于壓力不大（一般為202.3～303.9kPa）和溶解度很小的氣體。溫度越高或壓力越低，在稀溶液中應用亨利定律能得到較準確的結果。另外，亨利定律只適用于不與溶劑發(fā)生化學反應的氣體，即溶質(zhì)在氣相和液相中的分子狀態(tài)必須是相同的。
例2 在0℃，平衡壓力為303.9kPa。氧氣的溶解度為0.2085g/1000g水。求在同溫度、平衡壓力為202.6kPa下氧氣的溶解度。
解:由式(1-1)先求K值:
K=c/p=0.2085/303.9=0.000686(g/1000g水?kPa)
對于一定氣體和溶劑,在一定溫度下,K是一個常數(shù),與氣體的壓力無關.在平衡壓力為202.6kPa時，將K值代入式（1-1），則得在水中溶解度為：
c=Kp=0.000686×202.6=0.139(g/1000g水)
亨利定律在醫(yī)學上有許多應用實例。例如，使用麻醉氣體時，氣體的分壓越大，則它在血液中的溶解度就越大。高壓氧氣艙的壓力為202.6-253.25kPa,比常壓為大,因此溶于病人血液的氧氣就越多.利用亨利定律還可以解釋人在呼吸過程中O2和CO2的交換等。
（三）氣體吸收系數(shù)
由于氣體的體積比質(zhì)量容易測定，所以氣體的溶解度以溶解氣體的體積表示比較方便。為了表示各種氣體在不同溫度和分壓下的溶解度，規(guī)定將不同狀態(tài)下所溶解氣體的體積，均換算成標準狀況下的體積數(shù)。
氣體吸收系數(shù)（a）是指在一定溫度下，1體積的液體在該氣體分壓為101.3kPa下,所能溶解氣體的體積.氣體體積如果不是標準狀況(0℃,101.3kPa),一般要換算為標準狀況.如在20℃和氫氣分壓為101.3kPa下,1L水能溶解氫氣0.0195L.根據(jù)查理(Charles J.A.C.)定律可將其換算為標準狀況下的體積:
0.0195L×273K/(273+20)K=0.0182(L)
0.0182即是在20℃時，101.3kPa下,氫氣在水中的吸收系數(shù)。
與醫(yī)學有關的氣體在水和血漿中的吸收系數(shù)列于表1-2。
表1-2 37℃時氣體在水和血漿中的吸收系數(shù)
| 氣體 | 在水中的吸收系數(shù) | 在血漿中的吸收系數(shù) |
| O2 | 0.0239 | 0.0214 |
| CO2 | 0.567 | 0.515 |
| N2 | 0.0123 | 0.0118 |
從表1-2可以看出,當水中含有其他雜質(zhì)時,氣體的溶解度減少,尤其是有鹽類存在時.由于鹽類離子與水分子形成水合離子,這時影響則更大.血漿中含有鹽類和蛋白質(zhì)等,故氣體在血漿中的溶解度比在水中要小.
利用表1-2的吸收系數(shù),根據(jù)肺泡中O2 ,CO2 ,N2 的分壓,就能算出它們?nèi)芙庠谘獫{中的體積百分數(shù).
已知肺泡氣體中Po2 =13.6kPa,Pco2 =5.3kPa.PN2 =76.0kPa.因此,100mL血漿中所溶解的三種氣體的體積百分數(shù)為：
O2 %=0.0214×13.6/101.3×100=0.287(mL/100mL血漿)
CO2 %=0.515×5.3/101.3×100=2.69(mL/100mL血漿)
N2 %=0.0118×76/101.3×100=0.885(mL/100mL血漿)
三、液體在液體中的溶解度
一種液體在另一種液體中的溶解有三種情況：第一種是兩種液體完全互溶，如乙醇與水、甘油與水等。第二種是兩種液體部分互溶，如乙醚與水等。第三種是兩種液體完全不溶，如苯與水、四氯化碳與水等。
將兩種互不混溶的液體放在同一容器中，就會分成兩相，密度大的一相的在下層，密度小的一相在上層。在一定溫度下，一種溶質(zhì)在相互接觸的兩種互不混溶的溶劑中，溶解達平衡時，溶質(zhì)在兩相中的濃度比是一個常數(shù)，這一定律稱為分配定律。可表示如下式：
CA/CB=K (1-2)
式中CA、CB分別表示溶質(zhì)在溶劑A、B中的濃度；常數(shù)K稱為分配系數(shù)，它與溶質(zhì)和溶劑的本性、溫度及壓力有關。
例如，將水和四氯化碳放在一起，加入少量碘，碘微溶于水、溶于四氯化碳。
在這兩種液體中的溶解度差別很大。當溫度一定時，水中碘的濃度與四氯化碳中碘的濃度比是一個常數(shù)。表1-3是碘在四氯化碳和水中分配情況。
| CB （I2 在CCl4 中）/mol.L-1 | CA (I2 在H2 O中)/mol.L-1 | CA /CB =K |
| 0.02 | 0.00023 | 0.0115 |
| 0.04 | 0.00046 | 0.0115 |
| 0.06 | 0.000702 | 0.0117 |
| 0.08 | 0.000928 | 0.0116 |
根據(jù)分配定律的原理，利用同一溶質(zhì)在互不混溶的兩種溶劑中溶解度的差別，可以選取適當溶劑，從另一溶液中將溶質(zhì)提取出來。這個過程稱為萃取。
萃取是一種有效的提純、分離技術。為了充分使用一定量的萃取劑以提高萃取效率，采取每次少量，多次萃取的方法，要比一次用完萃取的效果好得多。反復多次萃取，萃取就可接近完全。
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