Учение о растворах. Буферные растворы

первой лекции является решение вопроса о постоянстве среды в организме, какие факторы влияют на кислотно-основное равновесие и гомеостаз. Целью первой лекции является решение вопроса о постоянстве среды в организме, какие факторы влияют на кислотно-основное равновесие и гомеостаз.

: Задачи: 1. Разобрать определение и классификацию растворов. 2. Уметь различать кислоты и основания. 3. Научиться определять реакцию среды и рН. 4. Изучить буферные системы, как фактор поддержания постоянства среды в организме.

Определение и классификация растворов С растворами непосредственно связаны процессы усвоения пищи и выделения из организма продуктов жизнедеятельности живого организма. Процессы пищеварения и усвоения пищи начинаются с перевода питательных веществ в раствор. Растворами являются плазма крови, лимфа, слюна, моча, внутриклеточная жидкость, желудочный сок и другие жидкости организма. В виде растворов в организм вводится большинство лекарственных препаратов.

Растворами называют гомогенные системы, состоящие из растворенных веществ, растворителя и продуктов их взаимодействия. По агрегатному состоянию растворы делят на 3 группы: 1)газовые растворы (воздух) 2)твердые растворы (сплавы, стекло) 3)жидкие растворы (растворы кислот, щелочей, сахара и т.д.)

В растворах растворенные вещества могут находиться в различных степенях дисперсности (раздробленности). По дисперсности растворы делятся на 3 класса: 1.Грубо-дисперсные с размером частиц более м (суспензии, эмульсии); 2.Коллоидно-дисперсные с размером частиц от до м; 3.Молекулярно-дисперсные (истинные) с размером частиц меньше м.

Растворы классифицируют на растворы: - неэлектролитов, - электролитов - полиэлектролитов. Полиэлектролитами называются ВМС, содержащие ионогенные группы. В водных растворах они обладают свойствами электролитов. Важнейшими природными представителями этой группы веществ являются белки.

Понятие кислот и оснований. Чтобы понять механизм кислотно-основного взаимодействия в организме, мы должны усвоить, что такое кислоты и основания. Для этого применяют две основные теории кислот и оснований. Теория электролитической диссоциации С.Аренниуса: Кислоты - электролиты, образующие при диссоциации катионы водорода (Н+); Основания- электролиты, образующие при диссоциации анионы гидроксила (ОН- ).

Протолитическая (протонная) теория Бренстеда - Лоури: Кислоты - доноры протонов (Н+); Основания - акцепторы протонов (Н+).

Понятие реакции среды, рН. Мерой кислотности и основности среды является реакция среды и рН. Вода является слабым электролитом, а значит плохо диссоциирует на ионы: Н 2 О Н + + ОН - При 25 0 С: К (Н2О) = [H + ] [OH - ] = К (Н2О) – константа, которая называется ионным произведением воды.

В чистой воде: [H+] = [OH-] = моль/л - нейтральная среда Если [H+] > [OH-], то [H+] > моль/л - кислая среда [H+] < [OH-], то [H+] < моль/л - щелочная среда.

Для удобства оценки кислотности и основности вводится водородный показатель – это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода: рН = - lg [H + ] Использует также гидроксильный показатель - отрицательный десятичный логарифм концентрации гидроксильных групп: рОН = - lg [OH - ] Ионное произведение воды часто выражают в логарифмической форме: рН + рОН = 14

Если рН = 7, рОН = 7 – среда нейтральная рН > 7 рОН 7 – кислая среда (0-3 - сильнокислая, слабокислая, слабощелочная, сильнощелочная)

По своей силе кислоты и основания бывают сильные и слабые. Для слабых кислот рН находится по формуле: рН = ½ рК к - ½ lg C к, где рК = - lgК называется показателем константы диссоциации слабой кислоты или основания, С - концентрация раствора. Для слабых оснований рН находится по формуле: рН = 14 - ½ рК о + ½ lg C о

Для сильных кислот рН находится по формуле: рН = - lg (zC к ), где z – число ионов водорода Для сильных оснований рН находится по формуле: рН = 14 + lg (zC о ). где z – число ионов гидроксила

Буферные системы организма и их классификация. В поддержании постоянства активной реакции среды организма (изогидрии) важную роль играют буферные системы. Буферными называются системы или растворы, обладающие свойством сохранять рН на постоянном уровне при добавлении небольших количеств кислот или щелочей, так при разведении.

По составу различают следующие типы буферных систем: Кислотные: бикарбонатный H2CO3 NaHCO3 ацетатный CH3COOH CH3COONa фосфатный KH2PO4 K2HPO4 оксигемоглобин новый HHb/HhbO2 Основные: хлоридноаммиачный (аммиачный) NH4OH NH4Cl Амфотерные (амфолитные): белковый NH3+ - R – COO-

Расчет рН для буферных систем Каждая из буферных систем характеризуется определенной активной реакцией среды, определяемой основным уравнением буферных систем. Расчет кислотности среды для кислотных буферных систем: [H+] = Kк Cк Cс Расчет основности среды для основных буферных систем: [OH-] = Kо Cо Сс где: Kк и Ко - константы диссоциации слабой кислоты и основания, Ск, Со, Сс - концентрации кислоты, основания и соли.

Расчет рН буферных систем осуществляется по уравнениям Гендерсона – Гассельбаха для кислотных буферных систем : pH = pKк – lg Cк Cc Для основных буферных систем : pH = 14 – pKо + lg Со Cc Из уравнений видно, что кислотность буферных систем зависит: 1. от природы слабого электролита, т.е. его константы диссоциации. 2. от соотношения компонентов буферной системы

Буферная ёмкость. Способность буферных систем удерживать pH на определенном уровне является ограниченной. Способность буферной системы противодействовать изменению рН определяется буферной емкостью. Буферная емкость равна количеству сильной кислоты или щелочи, при добавлении которых к 1 литру буферного раствора его рН изменится на единицу. C V B = pHW где: С и V - концентрация и объем сильной кислоты или щелочи, ΔрН - изменение рН, W - объем буферного раствора

Буферные системы организма Из буферных систем организма наибольший интерес представляют следующие: - гемоглобин-оксигемоглобин (HHb/HhbO 2 ), - бикарбонатная (H 2 CO 3 /NaHCO 3 ), - фосфатная (NaH 2 PO 4 /Na 2 HPO 4 ) - белковая (NH R – COO - ). Каждая из них играет определенную роль в регуляции кислотно-основного равновесия, при этом буферные системы срабатывают мгновенно.

рН крови составляет 7,4. С двиг рН крови в кислую область (ацидоз) или щелочную (алкалоз) регулируется при участии бикарбонатного буфера органами дыхания за счет регуляции концентрации СО 2 в крови. Изменение концентраций компонентов буферных систем организма регулируется органами выделения (почками, потовыми и слюнными железами, кишечником и т.д.).