Презентация - Кислотно-основное равновесие в растворах

Лекция 7 Кислотно-основное равновесие в растворах

7.1. Кислотность водных растворов и биологических жидкостей. 7.2 Буферные растворы. 7.3 Буферные системы крови. План

7.1 Кислотность является важной характеристикой как водных растворов, так и биологических жидкостей. Она определяется соотношением концентраций ионов Н и ОН - .

Для характеристики кислотности используется водородный показатель (р Н) : р Н - lg H - для слабых электролитов р Н - lg а Н - для сильных электролитов

Реже для характеристики реакции среды используется гидроксильный показатель ( р ОН ) : р ОН - lg OH - – для слабых электролитов р ОН - lg а OH - – для сильных электролитов

Для одного раствора р Н р ОН 14

Используя уравнение К W H OH - 10 -14 , рассчитаем концентрации ионов в нейтральном растворе H OH - 10 -14 10 -7 моль/л Соответственно р Н -lg 10 -7 7 р O Н -lg 10 -7 7

В кислой среде: H OH - р Н 7, р ОН 7 В щелочной среде: H OH - p H 7, p OH 7

Шкала р Н Н ,M p H 1 10 -5 10 -7 10 -9 10 -14 0 5 7 9 14 Сильнокислая среда Сильнощелочная среда Слабокислая среда Слабощелочная среда Нейтральная среда

Биологическая жидкость Среднее значение Возможные колебания Кровь (плазма) Спинномозговая жидкость Желудочный сок Моча Слюна Пот Кожа 7,36 7,6 1,65 5,8 6,75 7,4 6,8 7,25 7,35 0,9 5,0 5,6 4,2 6,2 7,44 7,80 2,0 6,5 7,9 7,8 7,5 Кислотность биологических жидкостей человека

Для биологических жидкостей характерен кислотно-основной гомеостаз (постоянство значений р Н), обусловленный действием биологических буферных систем.

Наиболее опасными видами нарушения кислотно-основного равновесия в крови являются: ацидоз – увеличение кислотности крови, алкалоз –увеличение щелочности крови.

Ацидоз Респираторный Метаболический Гиповентиляция легких CO 2 H 2 O H 2 CO 3 Сахарный диабет и некоторые другие заболевания Избыточное потребление кислотных продуктов

Алкалоз Гипервентиля - ция легких (неврастения ) Избыточное потребление щелочных продуктов

Опасность изменения р Н связана 1) со снижением активности ферментов и гормонов, активных в узком диапазоне р Н;

2) с изменением осмотического давления биологических жидкостей; 3) с изменением скорости биохимических реакций, катализируемых катионами Н .

При изменении р Н крови на 0,3 единицы может наступить тяжелое коматозное состояние, а 0,4 единицы - смертельный исход.

Коррекция ацидоза - внутривенное введение 4%-ного раствора Na HCO 3 : HCO 3 - H H 2 CO 3 Антацидными (гипоцидными) называются лекарственные препараты, снижающие кислотность биологических жидкостей

Коррекция алкалоза- внутривенное введение растворов аскорбиновой кислоты (5% или 15%).

Повышение кислотности в ротовой полости связано с приемом пищи (особенно сладкой). При этом происходит разрушение зубной эмали (толщина которой всего 2 мм): Сa 5 (PO 4 ) 3 F (к) 5 Са 2 3 РО 4 3- F - В норме равновесие смещено влево. При избыточной кислотности концентрация F - уменьшается: Н F - Н F. Равновесие смещается вправо .

Методы определения кислотности растворов 1. Кислотно-основное титрование. 2. Кислотно-основные индикаторы.

3. Потенциометрический метод

7 .2 Буферными называют растворы, р Н которых не изменяется при добавлении небольших количеств кислот или щелочей, а также при разбавлении их водой.

Протолитическая теория кислот и оснований Бренстеда-Лоури (1923) объясняет механизм буферного действия. Согласно этой теории, кислота – это донор протонов.

Различают: кислоты–молекулы (CH 3 COOH) , кислоты-катионы (NH 4 ) , кислоты–анионы (H 2 PO 4 - )

Каждая кислота сопряжена со своим основанием. Основание – это акцептор протонов.

C опряженные пары кислот и оснований С H 3 COOH CH 3 COO - H Кислота Сопряженное основание

C опряженные пары кислот и оснований NH 4 NH 3 H Кислота Сопряженное основание

C опряженные пары кислот и оснований H 2 PO 4 - HPO 4 2- H Кислота Сопряженное основание

Буферный раствор содержит кислоту и сопряженное с ней основание. Именно поэтому он способен нейтрализовывать как добавленную кислоту, так и добавленное основание.

Классификация буферных растворов Ацетатный буфер: СН 3 СООН/СН 3 СООNa Механизм буферного действия НCl CH 3 COONa CH 3 COOH Na Cl Нейтрализация добавленной кислоты Na OH CH 3 COOH CH 3 COONa H 2 O Нейтрализация добавленной щелочи 1)Слабая кислота/ ее соль

2) Слабое основание/его соль Аммиачный буфер: N Н 3 / N Н 4 С l Механизм буферного действия НCl N H 3 NH 4 C l Нейтрализация добавленной кислоты Na OH NH 4 C l N H 3 Na Cl H 2 O Нейтрализация добавленной щелочи

3) Две кислые соли Гидрофосфатный буфер : N а Н 2 PO 4 / N а 2 Н PO 4 Механизм буферного действия НCl Na 2 H PO 4 Na H 2 PO 4 Na C l Нейтрализация добавленной кислоты Na OH N а H 2 PO 4 Na 2 H PO 4 H 2 O Нейтрализация добавленной щелочи

4) кислая соль/средняя соль Карбонатный буфер : N а НС O 3 / N а 2 С O 3 Механизм буферного действия НCl Na 2 С O 3 Na H С O 3 Na C l Нейтрализация добавленной кислоты Na OH N а H С O 3 Na 2 С O 3 H 2 O Нейтрализация добавленной щелочи

Уравнение Гендерсона- Гассельбаха позволяет рассчитать р Н буферного раствора: р Н р К а - lg кислота сопряженное основание р К а - lg K a

Буферная емкость раствора (В, ммоль/л) - это количества сильных кислот или щелочей, при прибавлении которых к 1 л буферного раствора, происходит изменение р Н на единицу.

С н V В ----------------- , р Н - р Н о V бр где С н - нормальность добавляемых кислот или щелочей, моль/л V – их объем, мл V бр - объем буферного раствора, л

Буферная емкость зависит: от концентрации: чем концентрированнее раствор, тем больше его буферная емкость; 2) от соотношения концентраций компонентов комп. 1 В max при ----------- 1 комп. 2

Чем больше буферная емкость раствора, тем эффективнее он поддерживает кислотно - основное равновесие.

Характеристиками биологических буферных систем являются: B к – буферная емкость по кислоте, B щ – буферная емкость по щелочи. Как правило, B к B щ

В организме человека в спокойном состоянии ежесуточно образуется количество кислоты, эквивалентное 2,5 л HCl (конц).

7.3 Из буферных систем организма наибольшей емкостью характеризуются буферные системы крови, которые распределены между эритроцитами и плазмой.

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КРОВИ Плазма Эритроциты гидрокарбонатный гидрофосфатный белковый (альбумины, глобулины ) гемоглобин - оксигемоглобин

Гидрокарбонатный (водокарбонатный) буфер: H 2 CO 3 /HCO 3 - ферм. СО 2 Н 2 О Н 2 СО 3 НСО 3 - Н Механизм буферного действия: Н НСО 3 - Н 2 СО 3 ОН - Н 2 СО 3 НСО 3 - Н 2 О

В крови HCO 3 - 40 H 2 CO 3 1 избыток гидрокарбоната создает щелочной резерв крови В к 40 ммоль/л; В щ 1-2 ммоль/л.

Гидрокарбонатный буфер связан со всеми буферными системами вне- и внутри-клеточных жидкостей. Всякие изменения в них сказываются на концентрации составляющих данного буфера.

Анализируя содержание НСО 3 - в крови можно диагностировать наличие дыхательных и метаболических нарушений.

2. Гидрофосфатная буферная система Н 2 PO 4 - /HPO 4 2- В к 1-2 ммоль/л; В щ 0,5 ммоль/л Низкая буферная емкость объясняется низкой концентрацией ионов в крови.

Однако эта система играет решающую роль в других биологических жидкостях: в моче, соках пищеварительных желез, а также во внутриклеточных жидкостях.

3. Гемоглобин - оксигемоглобин: ННb/Н b - НН b - слабая кислота ( К а 6,37 10 -9 ) Н Н b - НН b ОН - ННb Hb - H 2 O

HHb O 2 HHb O 2 ( К а 1,17 10 -7 ) HHb O 2 / Hb O 2 - H Hb O 2 - HHb O 2 OH - HHb O 2 Hb O 2 - H 2 O

Буферная система гемоглобин-оксигемоглобин обеспечивает 75% буферной емкости крови.

4. Белковая буферная система (альбумины, глобулины). Белки являются амфотерными полиэлектролитами, существующими в виде биполярных ионов: COOH COO - R - CH R - CH NH 2 NH 3

COO - COOH Н R - CH R - CH NH 3 NH 3 Механизм буферного действия: Нейтрализация кислот

COO - COO - OH - R - CH R - CH NH 3 NH 2 H 2 O Нейтрализация оснований Механизм буферного действия:

В к (альбуминов) 10 ммоль/л В к (глобулинов) 3 ммоль/л Белковые буферы содержатся не только в крови, но практически во всех биологических жидкостях.

Буферные системы организма обеспечивают кислотно-основной гомеостаз человека.

Благодарим за внимание!!!