От каких факторов зависит буферная емкость: Буферная емкость. От каких факторов зависит. — Студопедия

Буферная емкость. От каких факторов зависит. — Студопедия

Буферная емкость(В) измеряется количеством кислоты или щелочи (моль или ммоль эквивалента), добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.

Буферная емкость зависит от ряда факторов:

1. Чем больше абсолютное содержание компонентов пары основание/сопряженная кислота, тем выше буферная емкость буферного раствора.

2. Буферная емкость зависит от соотношения количеств компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буфера. Буферная емкость максимальна при равных количествах компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения.

3. При различном содержании компонентов буферные емкости раствора по кислоте и по щелочи отличаются.

Расчет величины рН буферных растворов.

 

Для буферной системы II типа В/ВН+, например аммонийной, гидроксидный и водородный показатели вычисляют  и называется уравнением Гендерсона-Гассельбаха.

 

Область (зона) буферного действия отличается от  на 1 единицу:

;

Понятие растворимости. Какие факторы влияют на растворимость твердых веществ.

Растворимость вещества (Р)– молярная концентрация вещества в насыщенном растворе.

 

Растворимость твердых веществ зависит от:

· природы растворенного вещества и растворителя

· состава раствора

· температуры

 

Растворимость газов зависит от:

· состава раствора

·  парциального давления

Произведение растворимости малорастворимого сильного электролита. Расчет ПР.



В насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита при данной температуре произведение молярных концентраций его ионов, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов, есть величина постоянная и называется произведением растворимости.

Буферная емкость и факторы на нее влияющие. Зона буферного действия.

Буферная емкость(В)— величина, характеризующая способность БС противодействовать изменению рН, при добавлении щелочей или сильных кислот.
В= n(1/zX)/ ΔpH*Vб.= С(1/z X)*Vx/ ΔpH*Vб.
В-буферная емкость,
n-кол-во вещества (ммоль),
z-число эквивалентов,
X- формула сильной кислоты или щелочи,
n(1/z X)- кол-во эквивалентного в-ва X(ммоль),
ΔpH=pHкон.-рНнач. (по модулю),
С(1/z X)-
молярная концентрация эквивалентного в-ва X(ммоль/л),
Vx-объем растворенного в-ва X (л),
.- объем БР (л)

[B]-ммоль/л- ммоль эквивалентов сильной кислоты или щелочи на 1л БР.
Вx-буферная емкость по кислоте,
Вщ- буферная емкость по щелочи.

Факторы, влияющие на В:
1. Концентрация компонентов БС, чем она больше, тем больше кол-ва сильной кислоты или щелочи может быть нейтрализовано, тем больше В.
2. Отношение концентраций компонентов, а, следовательно рН БР, которое, как следует из уравнения Г-Г, зависит от этого показателя.
Если концентрации компонентов одинаковы, то их отношение равно 1, тк. Lg=0, то уравнение Г-Г примет следующий вид:
для КБС: рН=рКк,
для ОБС: рН=14-рКо.
Именно при этих значениях рН, В будет максимальной.
БС обладают буферной емкостью только при определенных значениях рН, в так называемой зоне буферного действия.
ЗБД
— интервал значения рН, внутри которого БС способна противодействовать изменению концентрации Н+ ( изменению реакции среды).
Интервал примерно равен двум единицам рН.
1.КБС: рН=рКк±1
2.ОБС: рН=(14-рКо)±1
Вывод:
для того, чтобы рН БР входило в зону БД, концентрация одного компонента не должна превышать концентрацию другого больше , чем в 10 раз

 

23. Буферные системы крови:состав, распределение в плазме и эритроцитах, иеханизм действия гидрокарбонатной, фосфатной, белковой буф. Систем. pH в крови в норме, pH артериальной и венозной крови

Постоянство pH внутренней среды организма обусловлено совместным действием буферных систем и ряда физиологических механизмов (деятельность легких, выделительная функция почек).

Ph во в артериальной крови 7,4 (7,36-7,46), в венозной крови 7,38. Колебание pH в этих водных сегментах совместимо с жизнью (6,9-7,8). На их долю 44% буферной емкости крови.

Распределение БС в плазме – гидрокарбонатная 35%, белковая 7%, фосфатная 2% .На их долю 44% буферной емкости крови.

В эритроцитах- гемоглобиновая 35%, гидрокарбонатная 18%, фосфатная(органических фосфатов) 3%. На их долю приходится 56% буферное емкости крови.

Поддержание pH крови является важнейшей физиологической задачей. Если бы не существовало механизма поддержки pH, то огромное количество кислотных продуктов, образовавшихся в результате метаболизма, вызывали бы закисление (ацидоз). В меньшей степени в организме накапливаются в процессе метаболизма щелочные продукты, которые могут сместить pH среды в щелочную сторону ( алкалоз ).

Постоянство pH во внеклеточном сегменте поддерживается сильными буферными системами крови, дыхательной и почечной регуляцией. Важными буферными системами являются: бикарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, белковая

Бикарбонатная буферная система.

NaHCO3/ H2CO3 = 20:1

Эта система представлена бикарбонатом натрия (гидрокарбонатом) и угольной кислотой.

Механизм действия.

При накоплении в организме кислых продуктов они вступают в реакцию нейтрализации с бикарбонатом Na с образованием NaCl и H2CO3 (который диссоциирует на CO2 и H2O) CO2 с помощью гемоглобиновой буферной системы переносится в легкие, а оттуда выводится из организма. Таким образом существует связь между этими двумя буферными системами.

NaHCO3 + НCl NaCl + H2CO3 (диссоциирует на)

 

H2O CO2

При появлении в крови избытка щелочных продуктов в реакцию вступает второй компонент буферной системы H2CO3, в результате чего образуется бикарбонат Na и вода. Избыток NaHCO3 удаляется через почки.

 

H2CO3 + NaOHNaHCO3 + H2O

Таким образом, благодаря легким и почкам соотношение между NaHCO3 и H2CO3 поддерживается на постоянном уровне равном 20:1 (это соотношение свидетельствует о том, что щелочной компонент буфера должен быть больше кислотного резерва т.к. вероятность образования в организме кислого продукта намного выше).

Фосфатная буферная система.

1% от всей емкости крови. Она представлена солями фосфорной кислоты: двух и одного замещенного фосфорнокислого Na.

Na2HPO4/ NaH2PO4 = 4:1

Механизм действия.

При появлении в среде кислого продукта появляется однозамещенный NaH2PO4-менее кислый продукт, а при защелачивании двузамещенный Na2HPO4.

Действие фосфатного буфера связано с действием почек, а механизм регуляции, как и у бикарбонатной буферной системы, т.е. при закислении среды в почках возрастает секреция ионов водорода в просвет канальцев, где эти ионы вступают в реакцию с двузамещенным фосфорнокислым Na (Na2HPO4) и образованием Na2H2PO4 который выделяется с мочой, и наоборот.

HPO42- + H+ H2PO4

H2PO4 + OH HPO42- + H2O

Гемоглобиновая буферная система.

Самая сильная система крови. Она в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера и на ее долю приходится 75% всей емкости крови.

Белковая буферная система.

Имеет меньшее значение для поддержания К.О.С. в плазме крови.

Механизм :

1. Взаимодействие с кислотой

(NH4)+-R-(COO)+H+=(NH3)+ -R-(COOH)

2. Взаимодействие со щелочью

(NH3)+ -R-(COO)+ OH=(NH2) -R-(COO)+H2O

 

Буферная емкость и факторы на нее влияющие. Зона буферного действия

Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Количественной мерой буферного действия раствора является буферная емкость (БЕ). Теоретически БЕ равна производной количества вещества сильной кислоты или щёлочи, добавленных к 1л буферного р-ра по изменению рН:

Практически БЕ– это к-во эквивалентов ионов Н+ или ОН-, которые надо добавить к1 л буферного р-ра, чтобы изменить его рН на единицу. При практическом определении буферной емкости по кислоте используют формулы:

где Сн (к-ты) и V(к-ты)— соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора кислоты, при добавлении которого к объему буферного раствора Vбуф.р-ра происходит уменьшение рН на величину ΔрН.

Буферная емкость по щелочи находится по формуле

где Сн (осн) и V(осн)— соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора щелочи, при добавлении которого к объему буферного раствора Vбуф.р-ра происходит увеличение  рН на величину ΔрН

Б. Е. зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.

· Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары основание/ сопряженная кислота в растворе, тем выше Б.Е. этого раствора.

· Б. Е. зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буферного раствора.

· При рН = рКа отношение С (соль)/ С (кислота) = 1, т. е. в растворе имеется одинаковое количество соли и кислоты. При таком соотношении концентраций рН раствора изменяется в меньшей степени, чем при других, и, следовательно, Б. Е. максимальна при равных концентрациях компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения. Б. Е. раствора возрастает по мере увеличения концентрации его компонентов и приближения соотношения [HAn]/ [KtAn] или [KtOH]/ [KtAn] к единице.


Рабочий участок буферной системы, т. е. способность противодействовать изменению рН при добавлении кислот и щелочей, имеет протяженность приблизительно одну единицу рН с каждой стороны от точки рН = рКа. Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0. Интервал рН = рКа ± 1

называется зоной буферного действия. Выраженное буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает концентрацию другого не более, чем в 10 раз. Соотвественно, границы зоны буферного действия составляют:

 

Буферные системы крови: состав, распределение в плазме и эритроцитах, механизм действия гидрокарбонатной, фосфатной, белковой буферных систем, рН крови в норме, рН артериальной и венозной крови.

Кровь содержит 4 основные буферные системы. 1. Гидрокарбонатная. 2. Белковая.3. Гемоглобиновая4. Фосфатная буферная система.

Гидрокарбонатный буфер представлен смесью веществ Н2СО3 и NaHCO3       в     соотношении 1 : 20. Этот буфер представляет собой основную буферную систему плазмы крови; он является системой быстрого реагирования, так как продукт его взаимодействия с кислотами (СО2) – быстро выводится через легкие.

Механизм действия. В случае накопления кислот в крови уменьшается количество НСО3 и происходит реакция: НСО3+ Н+ ↔ Н2СО3 ↔ Н2О + СО2↑. Избыток удаляется лёгкими. Однако значение рН крови остаётся постоянным, так как увеличивается объём лёгочной вентиляции, что приводит к уменьшению объёма СО2. При увеличении щелочности крови концентрация НСО3 увеличивается: Н2СО3 + ОН ↔ НСО3 + Н2О.Это приводит к замедлению вентиляции лёгких, поэтому СО2 накапливается в организме и буферное соотношение остаётся неизменным.



Гемоглобиновый буфер- Главная буферная система эритроцитов, на долю которой приходится около 75% всей буферной ёмкости крови. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и СО2. Гемоглобиновая буферная система крови играет значительную роль сразу в нескольких физиологических процессах: дыхании, транспорте кислорода в ткани и в поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – в крови. Она представлена двумя слабыми кислотами – гемоглобином и оксигемоглобином и сопряженными им основаниями – соответственно гемоглобинат- и оксигемоглобинат-ионами:

HHb ↔ H+ + Hb

HHbO2 ↔ H+ +HbO2

Оксигемоглобин – более сильная кислота (рКа = 6,95), чем гемоглобин (рКа = 8,2). При рН = 7,25 (внутри эритроцитов) оксигемоглобин ионизирован на 65%, а гемоглобин – на 10%, поэтому присоединение кислорода к гемоглобину уменьшает значение рН крови, так как при этом образуется более сильная кислота. С другой стороны, по мере отдачи кислорода оксигемоглобином в тканях значение рН крови вновь увеличивается.

Буферные свойства ННb прежде всего обусловлены возможностью взаимодействия кислореагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калийной соли кислоты и свободного гемоглобина:

КНb + Н2СО3 ↔ КНСО3 + ННb.

Образующийся гидрокарбонат (КНСО3) уравновешивает количество поступающей Н2СО3, рН сохраняется, так как происходит диссоциация потенциальных молекул Н2СО3 и образовавшихся гемоглобиновых кислот. Именно таким образом поддерживается рН крови в пределах нормы, несмотря на поступление в венозную кровь огромного количества СО2 и других кислореагирующих продуктов обмена. В капиллярах лёгких гемоглобин (ННb) поглощает кислород и превращается в HHbO2, что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению некоторого количества Н2СО3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови, а в тканях отдает его и поглощает СО2.

В лёгких: ННb + O2 ↔ HHbO2;

HHbO2 + HCO3 ↔ HbO2 + H2O + CO2

В тканях: HbO2 ↔ Hb + O2;    Hb + Н2СО3 ↔ ННb + HCO3

Кроме того, гемоглобиновый буфер является сложным белком и действует как белковый буфер.

Фосфатный буфер составляет 5 % буферной ёмкости. Содержится как в крови, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В клетках он представлен солями К2НРО4 и КН2РО4, а в плазме крови и в межклеточной жидкости Na2HPO4 и NaH2PO4. Функционирует в основном в плазме и включает: дигидрофосфат ион Н2РО4 и гидрофосфат ион НРО42-.Отношение [HPO42- ]/[H2PO4] в плазме крови (при рН = 7,4) равно 4 : 1. Следовательно, эта система имеет буферную ёмкость по кислоте больше, чем по основанию. Например, при увеличении концентрации катионов Н+ во внутриклеточной жидкости, например, в результате переработки мясной пищи, происходит их нейтрализация ионами НРО42- :

Н + + НРО42- ↔ Н2РО41-

Образующийся избыточный дигидрофосфат выводится почками, что приводит к снижению величины рН мочи.

  При увеличении концентрации оснований в организме, например при употреблении растительной пищи, они нейтрализуются ионами Н2РО41-:

ОН ‾ + Н2РО41- ↔ НРО42- + Н2О

Образующийся избыточный гидрофосфат выводится почками, при этом рН мочи повышается.

  Выведение тех или иных компонентов фосфатной буферной системы с мочой, в зависимости от перерабатываемой пищи, объясняет широкий интервал значений рН мочи – от 4,8 до 7,5. Фосфатная буферная система крови характеризуется меньшей буферной ёмкостью, чем гидрокарбонатная, из-за малой концентрации компонентов крови.

Белковый буфер составляет 5 % буферной ёмкости. Он состоит из белка-кислоты и его соли, образованной сильным основанием.

Pt – COOH — белок-кислота

Pt – COONa – белок-соль

При образовании в организме сильных кислот они взаимодействуют с солью белка. При этом получается эквивалентное количество белок-кислоты: НС1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl. По закону разбавления В.Оствальда увеличение концентрации слабого электролита уменьшает его диссоциацию, рН практически не меняется.

 При увеличении щелочных продуктов они взаимодействуют с

Pt-СООН:          NaOH + Pt-COOH ↔ Pt-COONa + h3O

Количество кислоты уменьшается. Однако концентрация ионов Н+ увеличивается за счет потенциальной кислотности белок-кислоты, поэтому практически рН не меняется. Белок – это амфотерный электролит и поэтому проявляет собственное буферное действие.

  В нор­ме рН крови соответствует 7,36, т. е. реакция слабоосновная. Колебания величины рН крови крайне незначительны. Так, в условиях покоя рН артериальной крови соответствует 7,4, а ве­нозной — 7,34. В клетках и тканях рН достигает 7,2 и даже 7,0, что зависит от образования в них в процессе обмена веществ «кислых» продуктов метаболизма. При различных физиологических состояниях рН крови может изменяться как в кислую (до 7,3), так и в щелочную (до 7,5) сторону.

22. Понятие о кислотно-основном состоянии организма: определение, значение для процессов жизнедеятельности, щелочной резерв крови (%, ммоль/л).

Под кислотно-основным состоянием (КОС) подразумевается соотношение концентраций водородных (Н+) и гидроксильных (ОН) ионов в биологических средах. Необходимым условием существования живого организма является поддержание постоянства этого параметра внутренней среды. КОС имеет первостепенное значение, так как:

· Ионы Н+ являются катализаторами многих биохимических превращений;

· Ферменты и гормоны проявляют биологическую активность при строго определённых значениях рН;

· Наибольшие изменения концентрации ионов Н+ крови и межтканевой жидкости влияют на величину их осмотического давления.

· Отклонение рН крови (7,4) на 0,3 ед. может привести к коматозному состоянию, отклонение на 0,4 ед. может повлечь смертельный исход. рН слюны равное 5 ед. приводит к развитию кариеса.

К основным показателям КОС относят рН крови, парциальное давление СО2, щелочной баланс крови. В норме рН крови равно 7,4. Смещение рН в сторону увеличения называется алкалозом, а в сторону уменьшения – ацидозом. Парциальное давление СО2 в норме составляет 40 мм рт.ст. Снижение этого показателя наблюдается при дыхательном алкалозе и метаболическом ацидозе. Повышение давления СО2 отмечается при дыхательном ацидозе и метаболическом алкалозе.

Щелочной резерв крови — показатель функциональных возможностей буферной системы крови, численно совпадает с концентрацией бикарбонатного аниона (НСО3 ) при фактическом состоянии плазмы ар­териальной крови в кровеносном русле. В физиологических условиях равен 22-25 ммоль/л. Другое определение щелочного резерва крови — способность циркулирующей крови связывать CO2. Она вычисляется в условиях уравновешивания плазмы крови при P(CO2)=40 mm Hg: определяется общее количество CO2, из которого вычитают количество физически растворённого CO2 в исследуемой сыворотке крови. Величина выражается в объёмных процентах CO2 (в мл CO2 на 100 мл плазмы), в норме у человека составляет 50—65 об.% CO2. Понятие щелочного резерва крови тесно связано с работой гемоглобиновой буферной системы организма, способствующей поддержанию уровня pH циркулирующей крови в физиологических пределах. Уменьшение щелочности свидетельствует об уменьшении содержания бикарбонатов в организме, а увеличение её – об увеличении их.

От чего зависит буферная емкость — Topsamoe.ru

Реакция среды в растворе конкретной БС зависит от двух факторов: Кдисс слабого электролита и соотношения компонентов. Значение рН БС может быть рассчитано по уравнению Гендерсона-Гассельбаха:

где рКа – показатель кислотности слабой кислоты (справочная, константная величина, например, для уксусной кислоты он равен +4,76), [A – ] – концентрация соли [HA] – концентрация слабой кислоты. Используя уравнение Гендерсона-Гассельбаха можно приготовить буфер с заданным значением рН.

Способность буфера к сохранению рН не беспредельна, она определяется концентрацией компонентов и их соотношением. Количественно эта способность характеризуется величиной буферной ёмкости.

Буферная ёмкость – это количество молей любой сильной кислоты или щёлочи, которое необходимо добавить к 1 л буферного раствора для смещения его рН на 1. Буферная ёмкость тем выше, чем больше концентрация компонентов и чем ближе их соотношение к единице.

Буферная емкость (В) измеряется количеством моль или ммоль эквивалента кислоты или щелочи, добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.

где В – буферная емкость,

С – концентрация кислоты или основания,

V – объем данного электролита,

Vбуф – объем буферного раствора ,

∆pH – изменение рН.

Буферная емкость зависит от ряда факторов:

1. Чем выше концентрации компонентов буферного раствора, тем больше его буферная емкость.

2. Буферная емкость зависит от отношения концентраций компонентов, а, следовательно, и от рН буфера. При рН=рКа буферная емкость максимальна.

3. Установлено, что достаточное буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает концентрацию другого не более, чем в 10 раз.

Интервал рН=рКа±1 называется зоной буферного действия.

4. При разбавлении буферного раствора величина буферной емкости уменьшается вследствие снижения концентрации компонентов раствора.

Буферная ёмкость систем организма

Буферные системы организма Буферная емкость, моль/л
Вк Вщ
Гидрокарбонатная
Белковая
Фосфатная 0,5

Как следует из данных Таб. 4.2, буферная емкость по кислоте у буферных систем организма выше, чем буферная емкость по основанию. Это связано с особенностями метаболизма человеческого организма, образующего значительно больше кислотных продуктов, чем основных.

Механизм действия буферных систем

Механизм буферного действия рассмотрим на примере ацетатной БС: СН3СООН/СН3СОО – +Na + ,

где СН3СООН – слабая кислота, а СН3СОО – +Na + – соль, образованная сильным основанием (NaOH).

а) сильной кислоты (избытка протонов) ацетат-анион связывает этот избыток протонов (т.е. проявляет свойства основания) с образованием эквивалентного количества слабой уксусной кислоты:

Несмотря на увеличение общей кислотности, активная кислотность вырастет мало, так как оно произошло за счёт увеличения концентрации слабой кислоты, степень диссоциации которой понизится согласно закону Оствальда.

б) сильного основания (щёлочи, избытка ОН – -анионов) она нейтрализуется за счёт резервной кислотности:

Активная кислотность при этом изменяется незначительно, так как согласно закону Оствальда уменьшение концентрации слабой кислоты приводит к росту степени её диссоциации.

Обратите внимание, что катион металла, входящего в состав соли, не принимает участие в буферном действии.

При разбавлении и концентрировании рН не изменяется, так как остаётся прежним соотношение компонентов БС.

Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная,

Гемоглобиновая, белковая

Бикарбонатная (гидрокарбонатная) БС2СО3/НСО3 – ) – мощная система плазмы крови, составляющая примерно 10% от её общей буферной ёмкости. В норме соотношение компонентов (гидрокарбонат-анион / угольная кислота) равно 20.

Механизм действия бикарбонатной БС в организме аналогичен таковому ацетатной БС, с той лишь разницей, что при увеличении концентрации угольной кислоты, она интенсивно разлагается под действием фермента карбангидразы: Н2СО3 ↔ Н2О + СО2↑.

Образующийся при этом углекислый газ удаляется с выдыхаемым воздухом.

Фосфатная БС. Образована двумя ионами: гидро- и дигидрофосфат-анионами: НРО4 2- /Н2РО4

Первый из них выполняет роль соли, второй – слабой кислоты. На долю фосфатной БС приходится примерно 1% буферной ёмкости крови. Механизм её действия аналогичен описанному выше.

Белковая БС имеет меньшее значение в поддержании рН. Благодаря амфотерным свойствам белков, состав белковой БС условно можно представить, как белок-кислоту (НООС–Pr–NH3 + ) и белок-основание ( – ООС–Pr–NH2), где Pr – протеин (белок). При добавлении в систему протонов они последовательно будут связываться с оснόвными группами:

При добавлении в систему гидроксид-ионов они последовательно будут нейтрализоваться протонами, отщепляющимися от кислотных групп:

Гемоглобиновая БС – самая мощная в организме. Она действует в эритроцитах, обеспечивая примерно 76% буферной ёмкости крови. Она состоит из 2 сопряжённых кислотно-основных пар:

где HHb – дезоксигемоглобин, K + +Hb – – его калиевая соль; H + + HbO2 – – оксигемоглобин, являющийся более сильной кислотой, чем дезоксигемоглобин, а K + +HbO2 – – калиевая соль оксигемоглобина. Действует гемоглобиновая БС согласованно в периферических тканях и лёгких. В лёгочных капиллярах при высоком парциальном давлении кислорода гемоглобин на 98% насыщается кислородом, образуя оксигемоглобин. Оксигемоглобин как более сильная кислота, чем угольная, вытесняет её из гидрокабонат-аниона, поступающего из периферических тканей. Выделившаяся угольная кислота под действием фермента карбангидразы разлагается на воду и углекислый газ, удаляемый с выдыхаемым воздухом: HHb + О2 → H + + HbO2

В капиллярах периферических тканей, при низком парциальном давлении кислорода последний освобождается и используется в процессах биологического окисления. Дезоксигемоглобин, будучи более слабой кислотой, чем угольная, образует молекулярную форму:

Источником протонов и гидрокарбонат-анионов является угольная кислота, образующаяся в периферических тканях из продуктов метаболизма – воды и углекислого газа. Следует обратить внимание, что гемоглобиновая БС является плазменно-клеточной и действует совместно с бикарбонатной.

Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

Способность буферных систем противодействовать резкому изменению рН при добавлении к ним сильной кислоты или основания является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество вносимых в раствор сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. В противном случае наблюдается резкое изменение рН, т.е. буферное действие раствора прекращается.

Это связано с тем, что в результате протекающей реакции изменяется соотношение молярных концентраций компонентов буферной системы: Скислотысолиили Соснованиясоли.

При этом концентрация компонента, реагирующего с добавленной кислотой или щелочью, уменьшается, а концентрация второго компонента возрастает, т.к. он дополнительно образуется в ходе реакции.

Количественно буферное действие раствора характеризуется с помощью буферной емкости (В). При этом различают буферную емкость по кислоте (Вк.) и буферную емкость по основанию или щелочи (Во.).

Буферной емкостью по кислотеявляется то количество химического эквивалента сильной кислоты, которое нужно добавить к 1 литру (1 дм 3 ) буферной системы, чтобы уменьшить её рН на единицу. Ее можно рассчитать по следующей формуле:

где n(1/z HA) – число молей химического эквивалента сильной кислоты, добавленное к 1 литру буферной системы;рН1– водородный показатель системы до добавления сильной кислоты;рН2– водородный показатель системы после добавления сильной кислоты.

В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем, выраженный в литрах или дм 3 ) формула для подсчета буферной емкости будет иметь следующий вид:

где С(1/z НА) – молярная концентрация химического эквивалента сильной кислоты в добавляемом растворе; V(НА) – объем (л) добавленного раствора сильной кислоты; V(буферной системы)– объем буферного раствора, к которому добавляют раствор кислоты.

Соответственно буферной емкостью по основаниюявляется то количество химического эквивалента сильного основания (щелочи), которое нужно добавить к 1 литру (1 дм 3 ) буферной системы, чтобы вызвать увеличение ее рН на единицу:

где n(1/z В) – число молей химического эквивалента основания, которое добавили к 1 литру буферного раствора; рН1– водородный показатель раствора до добавления основания; рН2– водородный показатель раствора после добавления основания.

В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем) формула для подсчета буферной емкости по основанию примет следующий вид:

где С(1/z В) – молярная концентрация химического эквивалента основания в добавляемом растворе; V(В) – объем (л) добавленного раствора сильного основания; V(буферной системы)– объем буферного раствора (л), к которому добавляют раствор сильного основания.

Величина буферной емкости зависит от концентраций компонентов буферной системы и от их соотношения.

Чем более концентрированным является буферный раствор, тем выше его буферная емкость, т.к. в этом случае добавление небольших количеств сильной кислоты или щелочи не вызовет существенного изменения концентраций его компонентов, а значит и их соотношения.

Из буферных растворов с одинаковым суммарным содержанием химического количества их компонентов наибольшей емкостью будут обладать те, которые составлены из равного числа молей слабой кислоты и её соли или слабого основания и его соли (рис. 35). В таких растворах молярные концентрации компонентов будут одинаковые, а значит соотношение Скислотысоли= 1 и Соснования/ Ссоли.= 1.

Рис. 35 Изменение буферной емкости (1) и изменение рН кислотной буферной системы при добавлении к ней определенного количества сильной кислоты (2) в зависимости от содержания её компонентов

Данные растворы будут иметь примерно одинаковые значения буферной емкости как по кислоте, так и по основанию.

Если же соотношение концентраций компонентов буферной системы не равно 1, то значения ее буферной емкости по основанию и кислоте будут отличаться друг от друга (причем тем существеннее, чем в большей степени соотношение Скислотысолии Соснованиясолиотклоняется от единицы).

Например, если в кислотной буферной системе солевой компоненты содержится больше чем слабой кислоты, то ее буферная емкость по кислоте будет выше чем по основанию, т.е. Вк.> Во.

Соответственно буферная емкость по кислоте для основной буферной системы будет больше чем по основанию в том случае, если содержание солевой компоненты в этом случае будет меньше чем слабого основания.

Таким образом можно сделать вывод, что в данных случаях буферная емкость выше по тому веществу, которое реагирует с избыточным компонентом буферного раствора.

Если буферная система не обладает достаточной буферной емкостью, то ее можно повысить, увеличив концентрацию обоих компонентов в необходимое количество раз.

Способность буферных растворов сохранять постоянство pH ограниченна. Прибавлять кислоту и щелочь, существенно не меняя pH буферного раствора, можно лишь в ограниченных количествах.

Величину, характеризующую способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении сильных кислот или сильных оснований, называют буферной емкостью раствора.

Буферная емкость В измеряется количеством кислоты или щелочи (моль или ммоль эквивалентов), добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет pH на единицу.

Математически буферная емкость определяется следующим образом. Буферная емкость по кислоте (моль/л):

буферная емкость по щелочи (моль/л):

где К(НА), ^(В) – объемы добавленных кислоты НЛ или щелочи В соответственно, л; n(/z НА), n(/z В) – количество кислоты или щелочи, моль; c(l/z НА), сЦ/z В) – молярные концентрации соответственно кислоты и щелочи; V (бр) – объем буферного раствора, л; рН, pH – значения pH буферного раствора до и после добавления кислоты или щелочи; | рН-рН1 – разность pH по модулю.

Буферная емкость, как следует из ее определения, зависит от ряда факторов.

  • 1. Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары основание/ сопряженная кислота в растворе, тем выше буферная емкость этого раствора (следствие закона эквивалентов).
  • 2. Буферная емкость зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от pH буферного раствора.

Рис. 8.5. Зависимость буферной емкости В от pH

На рис. 8.5 показан типичный график зависимости буферной емкости от pH на примере ацетатной кислотно-основной системы СН3СОО /СН3СООН. Из рисунка видно, что максимальная буферная емкость, т.е. наибольшая способность этой системы противостоять изменению pH, соответствует значению pH = рКа = 4,76. Это следует из уравнения Ген- дерсона-Гассельбаха. При pH = рКа отношение с(соль)/с(кисл) = 1, т.е. в растворе имеется одинаковое количество соли и кислоты. При таком соотношении концентраций pH раствора изменяется в меньшей степени, чем при других.

Следовательно, буферная емкость максимальна при равных концентрациях компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения.

Рис. 8.5 демонстрирует и другой важный момент. В пределах рабочего участка буферная система противодействует изменению pH при добавлении кислот и щелочей. Этот участок лежит в интервале pH = рКа ± 1 и называется зоной буферного действия. Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0.

Особенно большое значение буферные системы имеют в поддержании кислотно-основного равновесия организмов. Внутриклеточные и внеклеточные жидкости всех живых организмов, как правило, характеризуются постоянным значением pH, которое поддерживается с помощью различных буферных систем. Значение pH большей части внутриклеточных жидкостей находится в интервазе от 6,8 до 7,8.

Понятие о буферной емкости. Количественная характеристика буферной емкости.

Это способность буферного раствора поддерживать постоянное значение рН при добавлении кислоты или щелочи.
Буферная емкость выражается числом моль или миллимоль эквивалентов сильной кислоты (щелочи), которые нужно добавить к 1 л буфера, чтобы изменить его значение рН на единицу.

Чем больше буферная емкость, тем более эффективен буфер

 

Формулы для расчета буферной емкости по кислоте и по щелочи.

Вк = =

Вщ =  =

 

От каких факторов и как зависит буферная емкость? При каких условиях буферная емкость максимальна?

А) От природы компонентов

Б) От концентраций компонентов (чем больше концентрация, тем больше буферная емкость)

В) От соотношения концентраций (Буферная емкость максимальна, когда: количества равны; когда рН приблизительно равно рК)

Максимальна при: Большой концентрации; когда количества или концентрации равны рН=рК

 

9. Рабочий участок буферной системы (зона буферного действия), его границы.

Рабочий участок буферной системы — интервал рН, при котором сохраняются свойства буферной системы.
Рабочий участок буферной системы, т.е. ее способность противостоять изменения рН при добавлении кислот и щелочей, имеет протяженность одну единицу рН с каждой стороны.
Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0.

рН=рК±1
Например: зона БД ацетатного буфера ≈3,8-5,8

Установлено, что выраженное буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает концентрацию другого не более, чем в 10 раз.


 

Состав гидрокарбонатного и аммиачного буферов. К какому типу они относятся. Формулы для расчета рН этих систем.

Гидрокарбонатный:
h3CO3+NaHCO3; рН=5,4-7,4 (буфер кислотного типа)

рН= рКа+lg(Cсоли/Cкислоты)=

Аммиачный: Nh5OH+Nh5Cl; pH=8.2-10.2 (буфер основного типа)

рН= 14-рКб-lg(Cсоли/Cоснов)

 

Состав карбонатного и фосфатного буферов. К какому типу они относятся? Формулы для расчета рН этих систем.

Фосфатный буфер:
Nah3PO4+Na2HPO4; pH=6.2-8.2

pH=pK(h4PO4)+lg(CNa2HPO4/CNah3PO4)

Карбонатный буфер:
Na2CO3+NaHCO3; pH=9.3-11.3

pH=pK(h3CO3)+lg(CNa2CO3/CNaHCO3)

Это буферы, состоящие из 2х солей слабой многоосновной кислоты. (Солевого типа)

 

12. рН крови. Буферные системы крови, их относительный вклад в поддержание кислотно-основного гомеостаза.
У человека норма рН крови =7,37-7,44,со средней величиной 7,4+-0,5.
Буферные системы крови – физиологические системы и механизмы, обеспечивающие данные параметры кислотно-основного равновесия крови.
Поскольку метаболизм нашего организмы состоит в усиленной выработке кислот, то наш организм должен противостоять окислению и поддерживать приблизительно постоянным значение рН биологических жидкостей в разных частях организма за счет действия буферных систем. Т.е. буферные системы крови являются первой линией защиты, препятствуя резким перепадам рН внутренней среды организма.

Буферные системы крови слагаются из буферных систем плазмы и клеток крови и представлены следующими системами:

· бикарбона́тная(водородкарбонатная) бу́ферная систе́ма — гидрокарбонатная буферная система особенно эффективно компенсирует действие веществ, увеличивающих кислотность крови. Гидрокарбонатная система наиболее «быстро» отзывается на изменение pH крови



· фосфа́тная бу́ферная систе́ма — Фосфатная буферная система крови тесно взаимосвязана с бикарбонатной буферной системой.

· белко́вая бу́ферная систе́ма — В сравнении с другими буферными системами имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия.(7-10 % буферной ёмкости)

· гемоглобиновая

· эритроцитная

 

Величина буферной емкости зависит от концентраций компонентов буферной системы и от их соотношения

Способность буферных систем противодействовать резкому изменению рН при добавлении к ним сильной кислоты или основания является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество вносимых в раствор сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. В противном случае наблюдается резкое изменение рН, т.е. буферное действие раствора прекращается.

Это связано с тем, что в результате протекающей реакции изменяется соотношение молярных концентраций компонентов буферной системы: с(кислоты)/с(соли) или с(основания)/с(соли).

При этом концентрация компонента, реагирующего с добавленной кислотой или щелочью, уменьшается, а концентрация второго компонента возрастает, т.к. он дополнительно образуется в ходе реакции.

Количественно буферное действие раствора характеризуется с помощью буферной емкости (В). При этом различают буферную емкость по кислоте (Вк.) и буферную емкостьпо основанию или щелочи (Во.).

Буферной емкостью по кислоте является то количество химических эквивалентов сильной кислоты, которое нужно добавить к 1 литру (1 дм3) буферной системы, чтобы уменьшить её рН на единицу. Ее можно рассчитать по следующей формуле:

где n(1/z* HA) – число молей химических эквивалентов сильной кислоты, добавленное к 1 дм3 буферной системы; рН1 – водородный показатель системы до добавления сильной кислоты; рН2 – водородный показатель системы после добавления сильной кислоты.



В более общем случае (если брать не 1 дм3 буферной системы, а любой другой ее объем, выраженный в литрах или дм3) формула для подсчета буферной емкости будет иметь следующий вид:

где с(1/z* НА) – молярная концентрация химического эквивалента сильной кислоты в добавляемом растворе; V(НА) – объем (дм3) добавленного раствора сильной кислоты; V(буф. системы) – объем буферного раствора, к которому добавляют раствор кислоты.

Соответственно, буферной емкостью по основанию является то количество химических эквивалентов сильного основания (щелочи), которое нужно добавить к 1 литру (1 дм3) буферной системы, чтобы вызвать увеличение ее рН на единицу:

где n(1/z* В) – число молей химических эквивалентов основания, которое добавили к 1 дм3 буферного раствора; рН1 – водородный показатель раствора до добавления основания; рН2 – водородный показатель раствора после добавления основания.


В более общем случае (если брать не 1 дм3 буферной системы, а любой другой ее объем) формула для подсчета буферной емкости по основанию примет следующий вид:

где с(1/z* В) – молярная концентрация химического эквивалента основания в добавляемом растворе; V(В) – объем (дм3) добавленного раствора сильного основания; V(буф. системы) – объем буферного раствора (дм3), к которому добавляют раствор сильного основания.

Чем более концентрированным является буферный раствор, тем выше его буферная емкость, т.к. в этом случае добавление небольших количеств сильной кислоты или щелочи не вызовет существенного изменения концентраций его компонентов, а значит и их соотношения.

Из буферных растворов с одинаковым суммарным содержанием химического количества их компонентов наибольшей емкостью будут обладать те, которые составлены из равного числа молей слабой кислоты и её соли или слабого основания и его соли (рис. 35). В таких растворах молярные концентрации компонентов будут одинаковые, а значит соотношение с(кислоты)/с(соли) = 1 и с(основания)/с(соли) = 1.

Рис. 35. Изменение буферной емкости (1) и изменение рН кислотной буферной системы при добавлении к ней определенного количества сильной кислоты (2) в зависимости от содержания её компонентов

Данные растворы будут иметь примерно одинаковые значения буферной емкости как по кислоте, так и по основанию.

Если же соотношение концентраций компонентов буферной системы не равно 1, то значения ее буферной емкости по основанию и кислоте будут отличаться друг от друга (причем тем существеннее, чем в большей степени соотношение с(кислоты)/с(соли) и с(основания)/с(соли) отклоняется от единицы).

Например, если в кислотной буферной системе солевой компоненты содержится больше, чем слабой кислоты, то ее буферная емкость по кислоте будет выше, чем по основанию, т.е. Вк. > Во.

Соответственно, буферная емкость по кислоте для основной буферной системы будет больше, чем по основанию, в том случае, если содержание солевой компоненты в этом случае будет меньше, чем слабого основания.

Таким образом, можно сделать вывод, что в данных случаях буферная емкость выше по тому веществу, которое реагирует с избыточным компонентом буферного раствора.

Если буферная система не обладает достаточной буферной емкостью, ее можно повысить, увеличив концентрацию обоих компонентов в необходимое количество раз.

Буферная ёмкость — Студопедия

Это способность буферной системы противодействовать изменению рН среды.

Интервал значений рН, выше и ниже которого буферное действие прекращается, называется зоной буферного действия.

Она равна рН = рК ± 1

Буферная ёмкость (В) выражается количеством моль-эквивалентов сильной кислоты или щелочи, которое следует добавить к одному литру буфера, чтобы сместить рН на единицу.

В =

В – буферная ёмкость,

nЭ – количество моль-эквивалента сильной кислоты или щелочи,

рНН – начальное значение рН ( до добавления кислоты или щелочи)

рНК – конечное значение рН (после добавления кислоты или щелочи)

ΔрН – изменение рН.

На практике буферная ёмкость рассчитывается по формуле:

В =

V – объём кислоты или щелочи,

N – эквивалентная концентрация кислоты или щелочи,

Vбуф.— объём буферного раствора,

Δ рН – изменение рН.

О противодействии изменению рН крови свидетельствуют следующие данные. Чтобы сдвинуть рН крови на единицу в щелочную область, нужно прибавить в кровь в 70 раз больше количества NaOH, чем в такой же объём чистой воды. Для изменения рН на единицу в кислую область, следует в кровь добавить в 320 раз больше количества соляной кислоты, чем к такому же объёму чистой воды.

Буферная ёмкость зависит от концентрации электролитов и соотношения компонентов буфера. Наибольшей буферной ёмкостью обладают растворы с большей концентрацией компонентов и соотношением компонентов, равным единице.

Буферная ёмкость артериальной крови 25,3 ммоль/л, венозной – 24,3 ммоль/л, слюна обладает буферной ёмкостью и определяется бикарбонатной, фосфатной и белковой системами. Буферная ёмкость слюны изменяется под влиянием ряда факторов: углеводистая диета снижает буферную ёмкость слюны, высокобелковая диета – повышает её. Поражаемость зубов кариесом меньше у лиц с высокой буферной ёмкостью.

В организме человека действуют белковый, гемоглобиновый, фосфатный и бикарбонатный буферы.

Объем буфера

Какие факторы определяют эффективность (или емкость) буфера?

Цель буфера — поддерживать pH раствора в узком диапазоне. Хотя соотношение [A ] / [HA]
влияет на pH раствора, фактические концентрации A и HA влияют на эффективность
буфера.

Чем больше доступно молекул A и HA, тем меньший эффект будет иметь добавление сильной кислоты или основания.
от pH системы.Рассмотрите возможность добавления сильной кислоты, такой как HCl. Первоначально HCl отдает свой протон
слабое основание (A ) по реакции A + HCl → HA + Cl . Это изменяет pH на
снижение отношения [A ] / [HA], но пока присутствует много A , изменение
pH будет небольшим. Но если мы будем продолжать добавлять HCl, слабое основание A в конечном итоге закончится. Однажды
A пропал, любая дополнительная HCl будет отдавать свой протон воде (HCl + H 2 O →
H 3 O + + Cl ).Это резко увеличит концентрацию [H + ] и
поэтому pH падает.

Мы называем это «разрушением буферного раствора», и мы называем количество кислоты, которое буфер может поглотить, прежде чем он разрушит
«буферная емкость для добавления сильной кислоты». Решение с более слабым основанием, [A ], имеет больший буфер
емкость для добавления сильной кислоты.

Точно так же буфер разрушается, когда количество добавленного сильного основания настолько велико, что поглощается вся слабая кислота,
через реакцию HA + OH → A + H 2 O.Раствор с более слабой кислотой, [HA], имеет
более высокая буферная емкость для добавления сильного основания.

Таким образом, хотя pH буфера определяется только соотношением [A ] / [HA], способность буфера к
абсорбция сильной кислоты или основания определяется индивидуальными концентрациями [A ] и [HA].

Для дополнительной практики с концепцией буферной емкости попробуйте следующий наставник.

На следующих двух страницах вы найдете больше практических задач.

,

Какие факторы влияют на буферную емкость?

Химия

Наука
  • Анатомия и физиология

  • астрономия

  • астрофизика

  • Биология

  • Химия

  • наука о планете Земля

  • Наука об окружающей среде

  • Органическая химия

  • физика

математический
  • Алгебра

  • Исчисление

.

8,9 Буферная емкость и диапазон буфера

Буферная емкость

Буферы

характеризуются диапазоном pH, в котором они могут поддерживать более или менее постоянный pH, и их буферной емкостью, количеством сильной кислоты или основания, которое может быть абсорбировано до того, как pH значительно изменится. Хотя полезный диапазон pH буфера сильно зависит от химических свойств слабой кислоты и слабого основания, используемых для приготовления буфера (т. Е. От \ (K \)), его буферная способность зависит исключительно от концентраций частиц в буферный раствор.Чем более концентрированный буферный раствор, тем больше его буферная емкость. Как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), когда \ (NaOH \) добавляется к растворам, содержащим различные концентрации буфера уксусной кислоты / ацетата натрия, наблюдаемое изменение pH буфера обратно пропорционально концентрация буфера. Если буферная емкость в 10 раз больше, тогда буферный раствор может поглотить в 10 раз больше сильной кислоты или основания до того, как произойдет значительное изменение pH.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Влияние концентрации буфера на емкость буфера

Буфер поддерживает относительно постоянный pH при добавлении кислоты или основания в раствор.Добавление даже крошечных объемов 0,10 M \ (NaOH \) к 100,0 мл дистиллированной воды приводит к очень большому изменению pH. По мере того как концентрация смеси 50:50 буфера ацетата натрия / уксусной кислоты в растворе увеличивается с 0,010 М до 1,00 М, изменение pH, вызванное добавлением того же объема раствора \ (NaOH \), постоянно уменьшается. , Для буферных концентраций не менее 0,500 М добавление даже 25 мл раствора \ (NaOH \) приводит лишь к относительно небольшому изменению pH.

Выбор подходящих компонентов для желаемого pH

Буферы

работают лучше всего, когда pK a используемого конъюгата слабой кислоты близко к желаемому рабочему диапазону буфера. Оказывается, это так, когда концентрации конъюгированной кислоты и конъюгированного основания примерно равны (в пределах примерно 10 раз). Например, мы знаем, что K a для плавиковой кислоты составляет 6,6 x 10

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.