Тема 2:Буферные системы и их роль в организме человека

Дайте краткий ответ на теоретические вопросы:

1.Расчет рН буферных систем.

Ответы:

Для расчета рН в буферном растворе на примере ацетатного буфера рассмотрим процессы, в нем протекающие, и их влияние друг на друга.

Ацетат натрия практически полностью диссоциирует на ионы, ацетат-ион подвергается гидролизу, как ион слабой кислоты:

CH₃COONa ⇄ Na⁺ + CH₃COO^–

CH₃COO^– + HOH ⇄ CH₃COOH + OH^–

Уксусная кислота, также входящая в буфер, диссоциирует лишь в незначительной степени:

CH₃COOН ⇄CH₃COO^– + H⁺

Слабая диссоциация СН₃СООН еще более подавляется в присутствии СН₃СООNa, поэтому концентрацию недиссоциированной уксусной кислоты принимаем практически равной ее начальной концентрации:

[СН₃СООН] = [кислота]

С другой стороны, гидролиз соли также подавлен наличием в растворе кислоты. Поэтому можно считать, что концентрация ацетат-ионов в буферной смеси практически равна исходной концентрации соли без учета концентрации ацетат-ионов, образующихся в результате диссоциации кислоты:

[СН₃СОО^–] = [соль]

Согласно закону действующих масс, равновесие между продуктами диссоциации уксусной кислоты и недиссоциированными молекулами подчиняется уравнению:

К_д = .

Подставив общую концентрацию кислоты и соли в уравнение константы диссоциации, получим: [Н⁺] = К_д ,отсюда для кислотных буферных систем: рН = рК_{(кислоты)} + lg .Это уравнение называют уравнением Гендерсона – Гассельбаха.

После аналогичного вывода для основных буферных систем:

рОН = рК_{(основания)} + lg ,рН =14 – рК_{(основания)} – lg

рК_{(кислоты),} рК_{(основания)} - отрицательный десятичный логарифм константы электролитической диссоциации слабой кислоты; слабого основания; [соль] - концентрация соли, [кислота] - концентрация кислоты, [основание] - концентрация основания.

Из этих уравнений видно, что рН кислотной (основной) буферной системы зависит от природы слабого электролита (рК_{(кислоты)}, рК_{(основания)}) и от соотношения концентраций соли и кислоты (основания).

Следует отметить, что буферные системы эффективно поддерживают рН в диапазоне:рК_{(кислоты)}± 1 для кислотных систем; 14 – (рК_{(основания)}± 1) для основных систем.

2.Основные определения: буферные системы, компоненты буферной системы.

Ответы:

Буферные системы – это растворы способные сохранять постоянной концентрацию ионов Н⁺ при добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи.

КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ

1. Кислотные. Состоят из слабой кислоты и соли этой кислоты. Например, ацетатная буферная система (CH₃COOH/СН₃СООNa), гидрокарбонатная буферная система (H₂CO₃ /NaHCO₃).

2.Основные.Состоят из слабого основания и его соли. Например, аммиачная буферная система (NH₃×H₂O/NH₄Cl).

3. Солевые. Состоят из кислой и средней соли или двух кислых солей. Например, карбонатная буферная система (NaHCO₃/Na₂CO₃), фосфатная буферная система (КН₂PO₄/К₂НPO₄).

4. Аминокислотные и белковые.Если суммарный заряд молекулы аминокислоты или белка равен нулю (изоэлектрическое состояние), то растворы этих соединений не являются буферными. Их буферное действие начинает проявляться тогда, когда к ним добавляют некоторое количество кислоты или щелочи. Тогда часть белка (аминокислоты) переходит из изоэлектрического состояния в форму “белок-кислота” или соответственно в форму “белок-основание”. Образуется смесь двух форм белка: а) слабая “белок-кислота” + соль этой слабой кислоты; б) слабое “белок- основание” + соль этого слабого основания:

где R - макромолекулярный остаток белка.

Решите задачи:

Задача 1

Концентрация [OH^-] и рН в 0,003 молярном растворе СН₃СООН равна:

(К_{СН3СООН} = 1,85 • 10^-5 моль/л; lg 2,36 = 0,36)

а) 4,36 б) 5,12 в) 3,64 г) 2,36

5,02 • 10^-11 0,42 • 10^-11 4,24 • 10^-11 6,17 • 10^-10

Решение:

Для одноосновных слабых кислот используем уравнение

[Н⁺] = √ К_{СН3СООН}• С_к-ты = √ 1,85 • 10^-5моль/л • 3 • 10^-3моль/л =

= √ 5,55 • 10^-8моль²/л² = 2,36 • 10^-4моль/л

[ОН^-]= Кв = 10^-14моль²/л² = 4,24 • 10^-11 моль/л

[Н⁺] 2,36 • 10^-4моль/л

рН = - lg [H⁺] = - lg 2,36 • 10^-4 = 4 – 0,36 = 3,64

Ответ: в

Задача№2

В лаборатории для проведения биохимических экспериментов требуется приготовить 100 мл фосфатного буферного раствора с pH = 7,2.

Вопросы:

1.Какой раствор называется буферным?

Буферные растворы— это растворы, величина рН которых мало изменяется при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или щелочей, а также при разбавлении.

2.Из каких компонентов состоит фосфатная буферная система?

Фосфатная буферная система представляет собой сопряженную кислотно-оснóвную пару Н₂РО₄^–/НРО₄^2–.

3.К какому типу буферных систем относится фосфатный буфер?

Относится к типу кислотные буферные системы.

4.По какой формуле вычисляется pH фосфатного буферного раствора?

для фосфатного буфера уравнение Гендерсона-Гассельбаха запишется следующим образом:

(в данной системе роль слабой кислоты играет анион Н₂РО₄^–, то .

5.В каких объемных соотношениях надо смешать исходные растворы компонентов фосфатной буферной системы, молярная концентрация которых 0,1 моль/л, чтобы приготовить 100 мл буферного раствора с pH = 7,2, если pK_a(H₃PO₄) = 1,9; pK_a(H₂PO₄^-) = 7,2; pK_a(HPO₄^2-) = 12,3?

Ответьте на тесты:

1. В состав крови не входит буферная система

ацетатная

2. Наибольшей буферной ёмкостью в плазме крови обладает буферная система

гидрокарбонатная

3. Постоянство водородного показателя различных сред и тканей человеческого организма называется

кислотно-основным состоянием

4. Участвует в процессах дыхания и поддержании водородного показателя крови

гемоглобин-оксигемоглобиновая

Занятие №3