医用化学基础

绪论 一、 化学研究的对象 自然界存在的一切物质都是由化学物质组成的。人类在长期的生产活动中，逐渐了解和掌握了自然界所发生的一些变化规律，并将其归纳、推理和总结，掌握了部分物质变化的本质，认识了物质的组成、结构、性质及其变化规律，这就是“化学”。 化学作为一门历史悠久而又充满活力的学科，在不断地发展之中。从史前时代至今，化学就在不断地发展和运用，如用火烧制陶器，铁、铜等金属合金的冶炼，酒的酿造都是早期的化学成就。煤、石油、天然气等化石燃料的开发、造纸术的发明和发展，为人类文明进步发挥了重要作用。 化学研究的成果之一——硅晶体半导体，是制造各种电子芯片的基础，有力推动了现代计算机科学的发展，成为信息化社会发展的基础。 二、 化学与医学 化学在医药卫生中起着坚实的基础作用。 化学的发展，与人类的需要相辅相成，更是与医学发展形影相随。护理是诊断和处理人类对现存的和潜在的健康问题的反应。这“诊断”包含着化学知识、化学技能，“处理”则是化学、生物、社会等综合素质的体现，是专业责任感、职业参与意识和决策能力的体现。 远古人们就从天然的化学物质中获得治疗疾病的物质，如以硫磺为原料治疗皮肤病；从近代青霉素的发现，到现代青霉素药物中各种基团的改造进而升级药物作用；从现代消毒剂乙醇、麻醉剂乙醚、解热镇痛剂水杨酸（邻羟基苯甲酸）、抗疟疾药物青蒿素等的使用，到物质的量、溶液的渗透压等理论的形成，继而再到渗透与反渗透在透析治疗中的使用，无不隐藏、包含和渗透着化学原理、化学操作技术。化学，在护生的职业中扮演着坚实的基础作用。 化学促进护生专业发展的途径。化学，无论在理论知识、操作技术上，还是在化学人文素质方面，对护理专业学习产生重要的启发和支撑作用。 化学专业素质对护理专业素质具有助力作用 素质是一个人通过学科知识的学习和积累或环境的熏陶，使之内化为人格、气质、修养，成为人的相对稳定的内在品质。化学素质则是指化学工作者认真、细致地观察事物，通过归纳、总结，坚韧不拔地探索事物变化和发展的化学本质和化学原理，养成以化学的视角解决问题的意识和能力。化学素质直接影响护生的护理专业素质。 “三查八对”是护士为病人给药的工作程序要求，是伴随其职业生涯的基本专业素质，它对护生化学素质提出了切实的要求。 化学操作对护理操作技术具有着正迁移和支撑作用一个学科的操作对另一个学科操作的积极促进作用，称为正迁移。化学技能与护理操作技能密切相关，前者往往是后者的基础支撑。如药物注射，从头至尾都是化学操作的变异或者变相操作。基础护理中的药物配伍，其实质就是药物的溶解、定容等溶液配制操作；注射器，是护理操作的专业设备，在化学学科看来，这是具有注射功能的量杯、量筒，青霉素瓶则是烧杯罢了，利用这特殊的“量筒”“烧杯”将药物溶解、稀释。因此，医用化学不仅要求学生学会使用化学仪器设备，还进一步将原理、技能深化到护理专业操作之中，为理解注射器的结构、原理和操作提供基础铺垫。 化学基本知识对护理专业具有知识助力作用护生的化学参与意识和决策能力，还体现在化学知识在护理专业知识中的作用。在药物储存、药物配伍、药物药理作用进化、病理现象的认知方面，起着对专业知识的铺垫和助力作用。 药物存储是医院工作的重要部分，只有了解了物质的化学性质，才能更好地进行药物的存储。而药物配伍，是按照医生的医嘱，对给病人治疗的药物进行配制的过程。药物配伍过程中若发生溶液颜色变化、沉淀、气体，燃烧或者爆炸，都说明药物在体外发生了化学反应，这将对病人健康产生危害，形成药物配伍禁忌。因此，“药物配伍”要求护生具有良好的化学观察能力，有充实的化学知识，娴熟的化学操作技能，谨慎小心的操作态度。 化学性的药物配伍禁忌，通常是药物之间发生了氧化还原反应、中和反应、沉淀反应、水解反应和燃烧爆炸等化学反应。没有化学知识和化学的观察力，就难以观察和理解药物配伍中的化学反应现象，难有高质量的护理。 通过对化学结构改造，升级药物疗效医学的发展，同时需要化学发展以支持其发展的需要。青蒿素的发现和研究，佐证了这一点： 奎宁是在金鸡纳树上提取的抗疟疾的有效药物，自1820年之后的100多年，一直是治疗疟疾的特效药，20世纪60年代后，在东南亚及非洲地区发现了抗药性疟原虫，传统的抗疟药奎宁、氯喹等已不再有效；我国药物学家屠呦呦和她领导的团队，在植物青蒿（黄花蒿）中提取了具有强抗疟活性的青蒿素，获得2015年诺贝尔医学奖！此后的李英等科学工作者对青蒿素做了药物升级：青蒿素为先导化合物通过化学结构的修饰来改变药物活性，合成了蒿甲醚、青蒿琥酯等药物（图1），前者的抗疟活性是青蒿素的6倍，后者由于在水中不稳定而易分解，一般制成粉剂，使用时临时配制。 图1天然青蒿素及其合成药物 三、 学习化学的方法 学习化学，首先要掌握所学内容的化学基本知识、化学基本理论和化学基本技能。本课程包含无机化学和有机化学两个大部分。无机化学重点介绍溶液的浓度、渗透现象与渗透压，电解质溶液、缓冲溶液，医学常用无机化合物等。有机化学主要介绍与医学和生活密切相关的烃及其衍生物，营养与生命物质如蛋白质、脂肪和糖类等物质。在学习这些知识的时候，既要理解其原理，也要与生活相对接，将所学知识生活化。 实验是学习化学、体验化学和探究化学的重要途径。日常生活和医务工作中有很多化学现象，对它们观察、探究和思考，可以加深对化学原理的理解，开阔我们的眼界。所以学习化学不限于书本和实验室。成功的关键在于激发自己对身边的现象产生兴趣，学习并逐步掌握科学的方法和养成良好的科学习惯。 总之，只要踏踏实实地学习，就一定能掌握医用化学基础知识，为掌握医学知识打下良好基础。 **章 溶液与溶液的渗透压 溶液与生命过程的关系极为密切。可以说，离开溶液，就没有了生命。人体内的新陈代谢必须在溶液中进行；临床上许多药物也常配成溶液后使用；临床上给病人大量输液时要特别注意溶液的浓度，若输液的浓度过高或过低都将产生不良后果，甚至造成死亡，这与溶液的渗透压有着密切关系。 第1节物质的量 日常生活中，离不开水、食盐等生活必需品。如果每次喝180ml（质量约为180g）水，每天摄入5.85g食盐（NaCl），那么有多少H2O、Na+和Cl-进入到身体中？“物质的量”将会帮助解答这类有关宏观物质和微观基本单元（分子、原子、离子、电子、质子等）之间关系的问题，因为“物质的量”是连接它们的桥梁和纽带。 一、 物质的量 （一） 物质的量 物质的量是以一特定数目的基本单元为集体、与基本单元数成正比的物理量。换言之，物质的量是指一定数目的基本单元。物质的量是国际单位制（SI）的7个基本物理量之一。其符号用“n”表示。某物质B的物质的量可用符号nB或n（B）表示，B表示这种基本单元的化学式。例如： 氢原子的物质的量：nH或n（H）； 钠离子的物质的量：nNa+或n（Na+）； 硫酸（分子）的物质的量：nH2SO4或n（H2SO4）。 （二） 物质的量的单位 物质的量与质量、长度、体积等一样，是一种物理量的名词，且表示物质基本单元数量的基本物理量。1971年第十四届国际计量大会（CGPM）上规定物质的量的单位是“摩尔”，简称“摩”。符号是“mol”。既然物质的量是一定数目的基本单元，那么这个数目是多少呢？ 国际上规定：1mol任何基本单元集体所含的基本单元数与0.012kg 12C所含的碳原子数相同，这个数值称为阿伏加德罗常数。 0.012kg 12C所包含的碳原子数到底是多少呢？经大量实验测得其近似值为6.02×1023。阿伏加德罗常数用符号NA来表示，其单位是mol-1，所以NA≈6.02×1023mol-1。因此可以说：1mol任何物质都含有阿伏加德罗常数个基本单元，约6.02×1023个。例如： 1mol N含有6.02×1023个氮原子； 1molNaCl含有6.02×1023个氯化钠分子； 0.5mol K+含有3.01×1023个钾离子。 由此可知，基本单元数N、阿伏加德罗常数NA、物质的量nB三者之间的关系为： 二、 摩尔质量 1mol物质所具有的质量称为摩尔质量，符号为M，其基本单位是kg/mol，化学上常用g/mol表示。物质B的摩尔质量表示为MB或M（B）。例如： 氧原子的摩尔质量表示为MO或M（O）； 氯化钾的摩尔质量表示为MKCl或M（KCl）。 因为0.012kg 12C原子的物质的量为1mol，所以12C的摩尔质量为12g/mol，即M（12C）=12g/mol。“12”正好是12C的相对原子质量。由此可推知，原子、分子、离子的摩尔质量，如果以g/mol为单位，数值上等于它们的相对原子质量或相对分子质量。例如： Na的相对原子质量是23，则 M（Na）=23g/mol；表示：1mol钠原子的质量是23g。换言之，23g钠含有1mol钠原子。 H2相对分子质量是2，则M（H2）=2g/mol；表示：1mol氢气的质量是2g，或者2g氢气含有1mol氢气分子。 OH相对原子质量是17，则 M（OH-）=17g/mol；表示：1mol氢氧根离子的质量是17g，同样，17g氢氧根离子含有1mol氢氧根。 CO2－3相对原子质量是60，则 M（CO2－3）=60g/mol。表示：1molCO2－3的质量是60g。 （由于电子的质量非常小，失去或得到电子的质量可以忽略不计，因此，离子的摩尔质量可以看成是形成离子的原子或原子团的摩尔质量） 再如，Fe的物质的量与质量的关系，如图1-1所示： 图1-1Fe的质量（g）与物质的量（mol）关系图 综上所述：任何物质的摩尔质量M（B）若以g/mol为单位，其数值就等于该物质的化学式量。 由摩尔质量的定义可得：物质的量nB、物质的质量mB与物质的摩尔质量MB三者之间的关系为： 在医学上，摩尔这个单位有时显得偏大，常常还采用毫摩尔（mmol）和微摩尔（μmol）作单位。三者的换算关系为： 1mol=103mmol=106μmol 例1-1：计算180g H2O的物质的量是多少？有多少个H2O分子？ 解： 答：180g H2O的物质的量是10mol，有6.02×1024个H2O分子。 例1-2：1.5mol铁原子的质量是多少克？ 解： 答：1.5mol铁原子的质量是84g。 例1-3：计算5.85g NaCl的物质的量是多少？有多少个Na+和 解： 答：5.85g NaCl的物质的量是0.1mol，有6.02×1022个Na＋和6.02×1022个Cl-。 通过物质的量n和摩尔质量M，把肉眼看不见的微观粒子数N与宏观可称量的物质质量m联系起来，从而给科学研究带来了极大的方便。 第2节溶液的浓度 溶液与医学有着密切的联系。例如人体内的血液、细胞内液、细胞外液以及其他体液都是溶液。在医药临床中经常要使用溶液，如给病人输液必须在一定的浓度下进行。溶液的浓度是指一定量的溶液中所含溶质的量。可用下式表示： 一、 溶液浓度的表示方法 （一） 物质的量浓度 物质的量浓度是指溶质B的物质的量nB与溶液体积V之比，用符号cB或c（B）表示，即：