Co je vyrovnávací kapacita a na čem závisí?

Pufrovací roztoky jsou roztoky, jejichž pH se mění jen málo, když se k nim přidá malé množství silných kyselin nebo zásad, stejně jako když se zředí.
Z hlediska protonové teorie se nejjednodušší pufrový roztok skládá ze slabé kyseliny a její konjugované zásady nebo slabé zásady a její konjugované kyseliny.

Klasifikace nárazníkových systémů
1. Kyselé. Skládají se ze slabé kyseliny a soli této kyseliny. Například systém acetátového pufru (CH₃COOH+ CH₃COONa), hydrokarbonátový pufrovací systém (H₂CO₃ +NaHCO₃).
2. Základní. Skládají se ze slabé báze a její soli. Například amoniakový pufrovací systém (NH₃H×₂O+NH₄Cl).
3. Sůl. Skládají se z kyselé a středně silné soli nebo dvou kyselých solí. Například uhličitanový pufrovací systém (NaHCO₃+ Na₂CO₃), fosfátový pufrovací systém (KN₂PO₄ + K₂NPO₄).
4. Aminokyseliny a bílkoviny. Pokud je celkový náboj molekuly aminokyseliny nebo proteinu nulový (izoelektrický stav), pak roztoky těchto sloučenin nejsou pufry. Jejich pufrovací účinek se začíná projevovat, když se k nim přidá určité množství kyseliny nebo zásady.

Mechanismus působení nárazníkových systémů:

1. Ředění. Při ředění vodou se koncentrace obou složek v pufrovacím systému snižuje stejně, takže hodnota jejich poměru se nezmění. rK_(kyseliny) a pK_(základy) jsou konstantní při dané teplotě a nezávisí na ředění. Současné snížení koncentrací kyseliny a soli v systému acetátového pufru z 0,1 M na 0,001 M po zředění vodou mění pH roztoku pufru z 4,63 na 4,73. V důsledku toho ředění nakonec změní pH pufrových systémů jen málo.

2. Přídavek kyselin a zásad. Když se přidají malé množství silných kyselin nebo zásad, pH pufrových systémů se mírně změní. Uvažujme například acetátový pufr:

Když se do acetátového pufru přidá malé množství HCl, ionty H + interagují s hlavní složkou roztoku pufru:
H++ CH₃СОО – ⇄ СН₃COOH.
Stupeň disociace CH₃COOH je malý a koncentrace [H + ] zůstává prakticky nezměněna. pH tlumivého roztoku se sníží, ale jen mírně.
Pokud se tedy do acetátového pufru přidá X mol/l HCl, pak rovnice pro výpočet pH pufrového systému má tvar:
pH = pK_(kyseliny) +lg

Přidáním malého množství NaOH jsou OH – – ionty neutralizovány kyselou složkou tlumivého roztoku:
OH – + CH₃COOH ⇄ CH₃СОО – + Н₂O.

V důsledku toho je přidaná silná báze nahrazena ekvivalentním množstvím slabé konjugované báze (CH₃СОО – ), který v menší míře ovlivňuje reakci okolí. pH tlumivého roztoku se zvýší, ale jen mírně.

Pokud se tedy do acetátového pufru přidá V mol/l NaOH, pak rovnice pro výpočet pH pufrového systému má tvar:
pH = pK_(kyseliny) +lg

Pufrovací kapacita (B) je počet molárních ekvivalentů silné kyseliny nebo zásady, které je nutné přidat do 1 litru pufrovacího roztoku, aby se pH posunulo o jednu.

Pufrovací kapacita systému je určena ve vztahu k přidané kyselině (B_kyselý) nebo báze (alkálie) (B_hlavní) a počítá se pomocí vzorců:
В_kyselý= B_hlavní=

39. Hendersonova-Hasselbachova rovnice pro výpočet pH pufrovacích systémů (závěr).

Při vysokých koncentracích H a OH se poměr složek tlumivé směsi výrazně mění – Cc/Cc se zvyšuje nebo snižuje a může se měnit pH. To potvrzuje Henderson-Hasselbachova rovnice, která stanovuje závislost [H], Ki, α a Sk/Cc.

Na příkladu pufrovacího systému kyselého typu – směs kyseliny octové a její soli CH3COONa. Koncentrace vodíkových iontů v tlumivém roztoku je určena ionizační konstantou kyseliny octové:

Pojďme to transformovat na:

=Ki nebo =Ki Sk/Ss.

Krevní pufrovací systémy.

Krevní pufrovací systémy jsou reprezentovány pufrovacími systémy krevní plazmy a erytrocytárními pufrovacími systémy. Plazmové pufrovací systémy jsou hydrokarbonátové, proteinové a fosfátové, jejich role je nevýznamná. Tvoří 44 % pufrační kapacity krve. Pufrové systémy erytrocytů – hemoglobin, bikarbonát, organický fosfátový systém (fosfát). Tvoří 56 % pufrační kapacity krve.

Protože v krevní plazmě hraje hlavní roli ve vazbě iontů H + hydrogenuhličitanový aniont, jeho koncentrace v plazmě určuje rezervní alkalitu krve.

Hemoglobinový pufrovací systém se nachází pouze v červených krvinkách. Mechanismus jeho působení je spojen s přidáváním a uvolňováním kyslíku. V tomto ohledu hemoglobin (Hb) oxidoval HHbO₂ a redukovaná forma HHb.
NNv + O₂ ⇄ ННвО₂⇄ Н + + HвO₂ –

Systém hemoglobinového pufru v těle funguje efektivně pouze v kombinaci s bikarbonátovým systémem.

Schopnost roztoků udržovat konstantní hodnotu pH není neomezená. Kvantitativním měřítkem pufrovacího účinku roztoku je pufrovací kapacita (BC). Teoreticky se BE rovná derivaci množství silné kyseliny nebo alkalické látky přidané do 1 litru tlumivého roztoku podle změny pH:

V praxi je BE počet ekvivalentů H+ nebo OH- iontů, které je nutné přidat do 1 litru tlumivého roztoku, aby se jeho pH změnilo o jednu. Při praktickém stanovení pufrační kapacity pro kyselinu se používají následující vzorce:

kde C_{n (k-ty)} a V(_čau)– podle toho normální koncentrace a objem kyselého roztoku, když se přidá k objemu tlumivého roztoku V_{vyrovnávací paměť} pH se sníží o ΔрН.

Pufrovací kapacita pro alkálie se zjistí podle vzorce

kde C_{n (základní)} a V(_hlavní)– podle toho normální koncentraci a objem alkalického roztoku, když se přidá k objemu tlumivého roztoku V_{vyrovnávací paměť} pH se zvyšuje o ΔрН

BE závisí na složení tlumivého roztoku, koncentraci a poměru složek.

· Čím větší je počet složek páru báze/konjugovaná kyselina báze v roztoku, tím vyšší je B.E. toto řešení.

· BE závisí na poměru koncentrací složek tlumivého roztoku a následně na pH tlumivého roztoku.

· Při pH = pKa je poměr C (sůl) / C (kyselina) = 1, tj. roztok obsahuje stejné množství soli a kyseliny. Při tomto poměru koncentrací se pH roztoku mění v menší míře než u jiných, a proto je BE maximální při stejných koncentracích složek pufrovacího systému a s odchylkou od tohoto poměru klesá. BE roztoku se zvyšuje se zvyšující se koncentrací jeho složek a poměr [HAn]/[KtAn] nebo [KtOH]/[KtAn] se blíží jednotce.

Pracovní oblast pufrovacího systému, tedy schopnost působit proti změnám pH při přidávání kyselin a zásad, má rozsah přibližně jedné jednotky pH na každou stranu od bodu pH = pKa. Mimo tento interval kapacita pufru rychle klesne na 0. pH interval = pKa ± 1

tzv. nárazníková zóna. Výrazný pufrovací účinek je pozorován, pokud koncentrace jedné ze složek převyšuje koncentraci druhé nejvýše 10krát. V souladu s tím jsou hranice nárazníkové zóny:

Krevní pufrovací systémy: složení, distribuce v plazmě a erytrocytech, mechanismus účinku hydrokarbonátových, fosfátových, proteinové pufrové systémy, normální pH krve, pH arteriální a venózní krve.

Krev obsahuje 4 hlavní pufrovací systémy. 1. Hydrokarbonát. 2. Bílkoviny.3. Hemoglobin 4. Fosfátový pufrovací systém.

Hydrokarbonátový pufr reprezentovaný směsí látek H₂S₃ a NaHCO₃ v poměru 1:20. Tento pufr je hlavním pufrovacím systémem krevní plazmy; je to systém rychlé reakce, protože produkt jeho interakce s kyselinami (CO₂) – rychle se vylučuje plícemi.

Mechanismus účinku. Pokud se kyseliny hromadí v krvi, množství HCO klesá₃ – a dojde k reakci: NSO₃ – + N + ↔ N₂S₃ ↔ N₂O + CO₂↑. Přebytek je odstraněn plícemi. Hodnota pH krve však zůstává konstantní, protože objem plicní ventilace se zvyšuje, což vede ke snížení objemu CO_2. Se zvýšením alkality krve, koncentrace HCO₃ – zvyšuje: N₂S₃ + OH – ↔ NSO₃ – + N₂A. To vede k pomalejší ventilaci plic, takže CO₂ se hromadí v těle a poměr pufrů zůstává nezměněn.

Hemoglobinový pufr – Hlavní vyrovnávací systém erytrocyty, což představuje asi 75 % celkové pufrovací kapacity krve. Účast hemoglobinu na regulaci pH krve je spojena s jeho úlohou v transportu kyslíku a CO2. Systém hemoglobinového pufru v krvi hraje významnou roli v několika fyziologických procesech najednou: dýchání, transport kyslíku v tkáních a udržování konstantního pH uvnitř červených krvinek a nakonec v krvi. Je reprezentován dvěma slabými kyselinami – hemoglobinem a oxyhemoglobinem a jejich konjugovanými bázemi – hemoglobinátovými a oxyhemoglobinátovými ionty:

Oxyhemoglobin je silnější kyselina (pKa = 6,95) než hemoglobin (pKa = 8,2). Při pH = 7,25 (uvnitř červených krvinek) je oxyhemoglobin ionizován o 65 % a hemoglobin o 10 %, takže přidání kyslíku k hemoglobinu snižuje hodnotu pH krve, protože se tvoří silnější kyselina. Na druhou stranu, jak se z oxyhemoglobinu ve tkáních uvolňuje kyslík, hodnota pH krve se opět zvyšuje.

Tlumivé vlastnosti HHb jsou primárně dány možností interakce kyselino-reaktivních sloučenin s draselnou solí hemoglobinu za vzniku ekvivalentního množství odpovídající draselné soli kyseliny a volného hemoglobinu:

Výsledný hydrogenuhličitan (HCO₃) vyrovnává množství příchozích H₂S₃pH se udržuje, když se potenciální molekuly H disociují₂S₃ a výsledné hemoglobinové kyseliny. Takto se pH krve udržuje v normálních mezích i přes vstup obrovského množství CO do žilní krve₂ a další kysele reaktivní metabolické produkty. V kapilárách plic hemoglobin (HHb) absorbuje kyslík a mění se na HHbO₂, což vede k určitému okyselení krve, vytěsnění určitého množství H₂S₃ z bikarbonátů a snížení alkalické rezervy krve a v tkáních ji odevzdává a absorbuje CO₂.

Kromě toho je hemoglobinový pufr komplexní protein a působí jako protein vyrovnávací paměť.

Fosfátový pufr je 5 % kapacity vyrovnávací paměti. Obsaženo jak v krvi, tak v buněčné tekutině jiných tkání, zejména ledvin. V buňkách je reprezentován K solemi₂NRA₄ a KN₂RO₄a v krevní plazmě a mezibuněčné tekutině Na₂HPO₄ a NaH₂PO₄. Funguje hlavně v plazmě a zahrnuje: dihydrogenfosfátový iont H₂RO₄ – a hydrogenfosforečnanový ion HPO₄ 2- .Vztah [HPO₄ 2-]/[H₂PO₄ – ] v krevní plazmě (při pH = 7,4) se rovná 4:1. V důsledku toho má tento systém pufrační kapacitu pro kyselinu větší než pro zásadu. Například při zvýšení koncentrace kationtů H+ v intracelulární tekutině, například v důsledku zpracování masité potravy, jsou neutralizovány ionty HPO₄ 2-:

Vzniklý nadbytek dihydrogenfosforečnanu je vylučován ledvinami, což vede ke snížení pH moči.

Když se koncentrace zásad v těle zvýší, například při konzumaci rostlinné stravy, jsou neutralizovány H ionty₂RO₄ 1-:

Vzniklý nadbytek hydrogenfosforečnanu je vylučován ledvinami a zvyšuje se pH moči.

Vylučování určitých složek fosfátového pufrového systému močí v závislosti na zpracovávané potravině vysvětluje široký rozsah hodnot pH moči – od 4,8 do 7,5. Fosfátový pufrovací systém krve se vyznačuje nižší pufrovací kapacitou než bikarbonátový systém v důsledku nízké koncentrace krevních složek.

Proteinový pufr je 5 % kapacity vyrovnávací paměti. Skládá se z bílkovinné kyseliny a její soli tvořené silnou zásadou.

Pt – COOH – protein-kyselina

Pt – COONa – protein-sůl

Když se v těle tvoří silné kyseliny, interagují s proteinovou solí. Tím vzniká ekvivalentní množství proteinové kyseliny: HC1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl. Podle zřeďovacího zákona W. Ostwalda zvýšení koncentrace slabého elektrolytu snižuje jeho disociaci, pH zůstává prakticky nezměněno.

Jak alkalické potraviny přibývají, interagují s

Pt-COOH: NaOH + Pt-COOH ↔ Pt-COONa + H2O

Množství kyseliny klesá. Koncentrace iontů H+ se však zvyšuje díky potenciální kyselosti protein-kyseliny, takže se pH prakticky nemění. Protein je amfoterní elektrolyt, a proto vykazuje svůj vlastní pufrovací účinek.

Normálně je pH krve 7,36, tj. reakce je slabě zásaditá. Kolísání pH krve je extrémně nevýznamné. Za klidových podmínek tedy pH arteriální krve odpovídá 7,4 a žilní krve 7,34. V buňkách a tkáních dosahuje pH 7,2 a dokonce 7,0, což závisí na tvorbě „kyselých“ metabolických produktů v nich během metabolického procesu. Za různých fyziologických podmínek se pH krve může měnit jak kyselé (až 7,3), tak zásadité (až 7,5).

22. Pojem acidobazického stavu organismu: definice, význam pro životně důležité procesy, alkalická krevní rezerva (%, mmol/l).

Stav acidobazické báze (ABS) označuje poměr koncentrací vodíkových (H+) a hydroxylových (OH) iontů v biologických médiích. Nezbytnou podmínkou existence živého organismu je udržení stálosti tohoto parametru vnitřního prostředí. CBS má prvořadý význam, protože:

· H+ ionty jsou katalyzátory mnoha biochemických přeměn;

· Enzymy a hormony vykazují biologickou aktivitu při přesně definovaných hodnotách pH;

· Největší změny koncentrace H+ iontů v krvi a intersticiální tekutině ovlivňují hodnotu jejich osmotického tlaku.

· Odchylka pH krve (7,4) o 0,3 jednotky. může vést ke kómatu, odchylka o 0,4 jednotky. může mít za následek smrt. pH slin se rovná 5 jednotkám. vede ke vzniku kazu.

Na hlavní Indikátory ČOV zahrnují pH krve, parciální tlak CO2, alkalickou rovnováhu krve. Normální pH krve je 7,4. Posun pH směrem ke zvýšení se nazývá alkalóza a směrem ke snížení – acidóza. Normální parciální tlak CO2 je 40 mm Hg. Pokles tohoto ukazatele je pozorován u respirační alkalózy a metabolické acidózy. Zvýšení tlaku CO2 je pozorováno u respirační acidózy a metabolické alkalózy.

Alkalická krevní rezerva – ukazatel funkčních schopností krevního pufrovacího systému, číselně se shoduje s koncentrací bikarbonátového aniontu (HCO₃ – ) ve skutečném stavu arteriální krevní plazmy v krevním řečišti. Za fyziologických podmínek je to 22-25 mmol/l. Další definicí krevní alkalické rezervy je schopnost cirkulující krve vázat CO₂. Vypočítává se za podmínek ekvilibrace krevní plazmy při P(CO₂)=40 mm Hg: určí se celkové množství CO₂, od kterého se odečte množství fyzikálně rozpuštěného CO₂ v testovaném krevním séru. Hodnota je vyjádřena jako objemové procento CO₂ (v ml CO₂ na 100 ml plazmy), běžně u člověka je to 50-65 obj.% CO2. Pojem alkalická krevní rezerva úzce souvisí s prací systému hemoglobinového pufru v těle, který pomáhá udržovat hladinu pH cirkulující krve ve fyziologických mezích. Snížení alkality ukazuje na snížení obsahu hydrogenuhličitanů v těle a jeho zvýšení znamená jejich zvýšení.

Datum přidání: 2018-02-28 ; zobrazení: 5951 ; Pomůžeme vám napsat vaši práci!