За што се потребни тампон решенија? Пресметка на pH на пуферски раствори. Пуферните раствори можат да се поделат на четири типа

За пуфер систем од тип I HA/A, концентрацијата на H + јони во растворот може лесно да се пресмета врз основа на константата на дисоцијација на слаба киселина (за едноставност на презентацијата, наместо јонските активности во изразот за, ќе користиме нивните концентрации):

NA ⇄ A - + H + ;

Каде C (киселина)И C (сол)– моларни концентрации на киселина и сол.

Ако еднаквоста (3) се земе логаритамски (земи негативно децимален логаритамлевата и десната страна на равенката), добиваме:

каде индексот „0“ ги означува карактеристиките на почетните раствори на киселина и сол, со чие мешање се добива потребната пуферска смеса.

За тампон систем од тип II B/BH +, на пример амониум, индикаторите за хидроксид и водород се пресметуваат со помош на равенките:

каде е индексот на константата на дисоцијација на основата.

Генерално, равенката за пресметување на pH на тампон системи е како што следува:

(7)

и се нарекува равенка Хендерсон-Хаселбах.

Од равенката Хендерсон-Хаселбах следува дека:

1. рН вредноста на пуферските раствори зависи од константата на дисоцијација на киселината или базата и од односот на количествата на компонентите, но практично не зависи од разредувањето или концентрацијата на растворите. Навистина, во овие процеси концентрациите на компонентите на пуферскиот раствор пропорционално се менуваат, па затоа нивниот однос, кој ја одредува pH вредноста на пуферскиот раствор, останува непроменет.

Доколку концентрациите на компонентите на пуферните раствори надминуваат 0,1 mol/l, тогаш при пресметките мора да се земат предвид коефициентите на активност на системските јони.

2. Индикаторот на константата на дисоцијација на слаб електролит ја одредува областа на пуферското дејство на растворот, т.е. тој опсег на pH вредности во кои се зачувани тампон својствата на системот. Бидејќи дејството на тампонирање продолжува додека не се потроши 90% од компонентата (т.е. нејзината концентрација не е намалена за ред на големина), областа (зоната) на дејството на тампон се разликува од 1 единица:

Амфолитите можат да имаат неколку зони на тампон дејство, од кои секоја одговара на соодветната константа:

Така, максимално дозволениот сооднос на компонентите на растворот при кој тој покажува пуферски ефект е 10:1.

Пример 1.Дали е можно да се подготви ацетатен пуфер со pH = 6,5 ако оцетна киселинаеднакво на 4,74?

Бидејќи тампон зоната е дефинирана како , за ацетатен пуфер е во рН опсег од 3,74 до 5,74. рН вредноста = 6,5 лежи надвор од опсегот на дејство на ацетатниот пуфер, затоа таков пуфер не може да се подготви врз основа на ацетатниот пуферски систем.

Тампон капацитет.

Можно е да се додаде киселина или алкал без значително менување на pH на растворот на пуферот само во релативно мали количини, бидејќи способноста на пуферските раствори да одржуваат константна pH вредност е ограничена.

Вредноста што ја карактеризира способноста на пуферскиот раствор да се спротивстави на поместувањето на реакцијата на медиумот при додавање киселини и алкалии се нарекува тампон капацитет (Б).Пуферниот капацитет се одликува со киселина () и алкали ().

Капацитетот на пуферот (B) се мери со количината на киселина или алкали (mol или mmol еквивалент) кои, кога се додаваат на 1 литар пуфер раствор, ја менуваат pH вредноста за еден.

Во пракса, капацитетот на тампон се одредува со титрација. За да го направите ова, одреден волумен од пуферскиот раствор се титрира со силна киселина или алкали со позната концентрација додека не се достигне точката на еквивалентност. Титрацијата се врши во присуство на киселинско-базни индикатори, со правејќи го вистинскиот изборкои ја снимаат состојбата кога компонентата на тампон системот целосно реагира. Врз основа на добиените резултати, вредноста на капацитетот на тампон ( или ) се пресметува:

	(8)
	(9)

Каде СО ( ха), СО ( процеп) -моларни концентрации на киселински и еквивалент на алкали (mol/l);

V (k-you), V (пресече) -волумени на додадени киселински или алкални раствори (l; ml);

V (бафери) -волумен на пуфер раствор (l; ml);

pH 0И pH - pH вредности на пуферскиот раствор пред и по титрација со киселина или алкали (промената на pH се зема во апсолутна вредност).

Капацитетот на тампон се изразува во [mol/l] или [mmol/l].

Капацитетот на тампон зависи од повеќе фактори:

1. Колку е поголема апсолутната содржина на компонентите на парот база/коњугирана киселина, толку е поголем пуферскиот капацитет на пуферскиот раствор.

Капацитетот на пуферот зависи од односот на компонентите на пуферскиот раствор, а со тоа и од рН на пуферот. Капацитетот на тампон е максимален со еднакви количества компоненти на тампон системот и се намалува со отстапување од овој однос.

3. Со различна содржина на компонентите, пуферските капацитети на растворот за киселина и алкали се различни. Така, во пуферски раствор од тип I, колку е поголема содржината на киселина, толку е поголем капацитетот на алкалниот пуфер, и колку е поголема содржината на сол, толку е поголем капацитетот на киселинскиот пуфер. Во пуферски раствор од тип II, колку е поголема содржината на сол, толку е поголем капацитетот на алкалниот пуфер и колку е поголема содржината на базата, толку е поголем капацитетот на киселинскиот пуфер.

Каде C (киселина)И C (сол)– моларни концентрации на киселина и сол.

Ако еднаквоста (3) се земе логаритамски (земи го негативниот децимален логаритам на левата и десната страна на равенката), добиваме:

каде е индексот на константата на дисоцијација на основата.

Генерално, равенката за пресметување на pH на тампон системи е како што следува:

(7)

и се нарекува равенка Хендерсон-Хаселбах.

Од равенката Хендерсон-Хаселбах следува дека:

1. РН вредноста на пуферските раствори зависи од константата на дисоцијација на киселината или базата и од односот на количествата на компонентите, но практично не зависи од разредувањето или концентрацијата на растворите. Навистина, во овие процеси концентрациите на компонентите на пуферскиот раствор пропорционално се менуваат, па затоа нивниот однос, кој ја одредува pH вредноста на пуферскиот раствор, останува непроменет.

Амфолитите можат да имаат неколку зони на тампон дејство, од кои секоја одговара на соодветната константа:

Така, максимално дозволениот сооднос на компонентите на растворот при кој тој покажува пуферски ефект е 10:1.

Пример 1.Дали е можно да се подготви ацетатен пуфер со pH = 6,5 ако оцетна киселина е 4,74?

Решение.

Пример 2.Пресметајте ја pH вредноста на пуфер раствор, од кој 100 ml содржи 1,2 g оцетна киселина и 5,88 g калиум ацетат, ако за оцетна киселина е 4,74.

Решение.

Моларните концентрации на киселина и сол во пуферскиот раствор се:

Заменувајќи ги овие вредности во равенката (7), добиваме:

Решение.

Бидејќи моларните концентрации на киселина и сол се еднакви, при пресметување на pH со формулата (5), може да се користи само волуменскиот однос на компонентите:

Пример 4.Пресметајте ја pH вредноста на пуферскиот раствор добиен со истурање на 20 ml раствор на вода од амонијак со C(NH 3 H 2 O) = 0,02 mol/l и 10 ml раствор на амониум хлорид со C(NH 4 Cl) = 0,01 mol/l . (NH 3 H 2 O) = 1,8 10 -5. Најдете ја pH вредноста на пуферот разреден 5 пати.

Решение.

Во случај на пуфер систем од тип II, pH на растворот се пресметува со помош на равенката (6¢):

Заменувајќи ги соодветните вредности, добиваме:

Кога се разредува, pH вредноста на пуферските раствори не се менува. Според тоа, рН на пуфер раствор разреден 5 пати ќе биде 9,86.

Пример 5.Пуферниот раствор е добиен со истурање на 100 ml раствор на CH 3 COOH со C(CH 3 COOH) = 0,02 mol/l и 50 ml раствор на CH 3 COONa со C(CH 3 COONa) = 0,01 mol/l. (CH 3 COOH) = 1,8×10 -5. Пресметајте:

а) pH на добиениот пуфер;

б) промена на рН на пуферот при додавање на 5 ml раствор на HCl со C(HCl) = 0,01 mol/l.

в) пуфер капацитет на растворот за алкали.

Решение.

За да ја пресметаме pH вредноста на добиениот пуфер, ја користиме формулата (5):

Кога се додава киселина, се јавува следнава реакција:

CH 3 COONa + HCl CH 3 COOH + NaCl,

како резултат на што се менуваат количините на компоненти на тампон системот.

Земајќи ја предвид релацијата n(x) = C(x)×V(x), равенката (7) може да се претстави како:

Бидејќи количеството на реагираните и формираните супстанции се еднакви, промената на количеството киселина и сол во пуферскиот раствор ќе биде иста вредност x:

Во почетната пуферска смеса, количините на компоненти се:

Ајде да ја најдеме вредноста x:

Така, разликата во pH вредностите ќе биде, т.е. промената на рН е занемарлива.

Тампон капацитет.

Во пракса, капацитетот на тампон се одредува со титрација. За да го направите ова, одреден волумен од пуферскиот раствор се титрира со силна киселина или алкали со позната концентрација додека не се достигне точката на еквивалентност. Титрацијата се врши во присуство на киселинско-базни индикатори, со правилен избор на кој состојбата се евидентира кога компонентата на тампон системот целосно реагира. Врз основа на добиените резултати, вредноста на капацитетот на тампон ( или ) се пресметува:

	(8)
	(9)

Каде СО ( ха), СО ( процеп) -моларни концентрации на киселински и еквивалент на алкали (mol/l);

V (k-you), V (пресече) -волумени на додадени киселински или алкални раствори (l; ml);

V (бафери) -волумен на пуфер раствор (l; ml);

Капацитетот на тампон се изразува во [mol/l] или [mmol/l].

Капацитетот на тампон зависи од повеќе фактори:

Капацитетот на пуферот зависи од односот на компонентите на пуферскиот раствор, а со тоа и од рН на пуферот. Капацитетот на тампон е максимален за еднакви количини на компоненти на тампон системот и се намалува со отстапување од овој сооднос.

Пример 2.За да се подготват ацетатни пуферски смеси, растворите на киселина и сол со иста моларна концентрација беа измешани во следните волуменски соодноси:

Состав на тампон системот	Односите на волуменот на компонентите на тампон системот
решение I	решение II	раствор III
CH3COOH
CH 3 COONa

Без прибегнување кон пресметки, одреди во кое од трите тампон решенија ќе се забележи следново:

а) највисока pH вредност;

б) максимален тампон капацитет;

в) најголемиот пуфер капацитет за киселина.

Решение.

Во случај на еднакви концентрации на компоненти, равенката (5) ја има формата:

Бидејќи е иста во сите три раствори, рН вредноста на пуферот ќе се определи со односот. Оттука, највисока вредност pH раствор што ќе имам ():

Решението II се карактеризира со максимален тампон капацитет, бидејќи односот на компонентите во него е 1:1.

Капацитетот на киселинскиот пуфер за ацетатен пуфер се одредува според содржината на конјугираната база, т.е. соли: колку е поголем, толку е поголем киселинскиот пуфер капацитет на растворот. Затоа:

Така, растворот I ќе има најголем киселински капацитет.

Студентот мора да биде способен:

1. Пресметајте ја pH вредноста на пуферските системи.

2. Пресметајте го тампон капацитетот на растворот.

Растворите чија pH вредност останува речиси непроменета со додавање на мали количини на силни киселини и алкалии, како и со разредување, се нарекуваат

тампон.

Најчесто како пуфер раствори се користат мешавини на раствори на слаби киселини и нивни соли или мешавини на раствори на слаби бази и нивни соли или, конечно, мешавини на раствори на соли на полибазни киселини со различен степен на супституција.

На пример: UNDC

формат, pH = 3,8

CH3 COOH

ацетат, pH = 4,7

CH3 COONa

NaH2PO4

фосфат, pH = 6,6

Na2HPO4

	NH4OH		амонијак, pH = 9,25
	NH4 CI

	Ајде да го разгледаме механизмот на дејство на тампон системи:
	1. Кога киселина се додава во растворот, нејзините водородни јони се врзуваат во
	слаба киселина:
	CH3 COOH		CH3 COOH


	CH3 COONa		CH3 COOH
	2. Кога во растворот се додава база, хидроксидниот јон се врзува за
	слаб електролит (H2O):
	CH3 COOH		CH3 COONa


	CH3 COONa		CH3 COONa

Формирањето на слаби електролити кога киселина или база се додава во пуфер раствор ја одредува pH стабилноста.

Пресметка на pH на пуферски раствори

1. Формирани пуферски раствори	pH = pKacid -	Со киселина
слаба киселина и нејзината сол
		Со сол
		Со сол
	pK - индикатор за јачина на киселина:
	рК = – лог Кациди

2. Формирани пуферски раствори	pOH = pCobas.		Од земјата нагоре
слаби бази и нивни соли.
			Со сол
			Со сол
	знаејќи дека pH + pH = 14, оттука
	pH = 14 - pHKn.		Од земјата нагоре

			Со сол
			Со сол

Способноста на пуферските системи да одржуваат константна pH вредност се определува со нејзината тампон капацитет.Се мери со бројот на молови еквиваленти на силна киселина или силна база што мора да се додадат на 1 литар

тампон систем на растворот за промена на рН за еден.

Ние го пресметуваме капацитетот на пуферската смеса користејќи ги формулите:

каде што B е тампон капацитет;

CA, CB – концентрации на супстанции во пуферската смеса.

Колку е поголема концентрацијата на компонентите на смесата, толку е поголем капацитетот на пуферот. За да може дејството на пуферската смеса да биде доволно ефикасно, односно пуферскиот капацитет на растворот да не се менува премногу,

концентрацијата на една компонента не треба да ја надминува концентрацијата на друга компонента за повеќе од 10 пати.

ПРИМЕРИ НА РЕШАВАЊЕ ТИПИЧНИ ПРОБЛЕМИ

Пресметка на pH на формираните пуферски раствори

слаба киселина и нејзината сол

Пример 1. Пресметајте ја pH вредноста на мешавина од 0,03 N раствор на оцетна киселина CH3 COOH со

0,1 N раствор на CH3 COONa, ако индексот на јачина на киселината pK = 4,8.

pK(CH3COOH) = 4,8 C(f(CH3COOH) =

0,03 mol/l C(f(CH3 COONa) =

Бидејќи M(f) = M за CH3COOH и CH3COONa, тогаш за овие супстанции C = C(f)

pH pKaцид. - лг кисело. Соли

pH 4,8 - lg 0,03 4,8 lg 0,3 4,8 - (-0,52) 5,32 0,1

Одговор: pH = 5,32

Пример 2. Пресметајте ја pH вредноста на растворот добиен со мешање на 20 ml

0,05м раствор азотна киселина HNO2 и 30 ml 1,5 m раствор на натриум нитрит

NaNO2.


V(HNO2) = 20 ml	1. Најдете го волуменот на растворот по мешањето
C(HNO2) = 0,05 mol/l	киселини HNO2 и соли NaNO2 и нивните концентрации
V(HNO2) = 30 ml	во добиената смеса:
C(HNO2) = 1,5 mol/l	V = 20 + 30 = 50 ml

	C(HNO2)	0,02 mol/l

2. Од табелата наоѓаме дека pK HNO 2 = 3,29.

3. Пресметајте pH:

C(NaNO2) 1,5 30 0,9 mol/l Одговор: pH = 4,94 50

Пример 3. Колку 0,5 m раствор на натриум ацетат CH3 COONa треба да се додаде на 100 ml од 2 m раствор од оцетна киселина CH3 COOH за да се добие пуфер раствор со pH = 4?


C(CH3 COONa) = 0,5 mol/l

		Со сол
	Со кисело

	Со сол

Затоа, односот на концентрацијата на киселина кон концентрацијата на сол

треба да биде еднаква на 5,754:1.

2. Најдете ја концентрацијата на киселина во тампон системот:

4. Најдете ја количината од 0,5 m раствор на натриум ацетат CH3 COONa што содржи

Пример 4. Во кои моларни односи треба да се земат растворите на соли од составот NaH2 PO4 и Na2 HPO4 за да се добие пуферски систем со pH = 6?

1. Според условите на проблемот, ја знаеме само pH вредноста. Затоа, според

Користејќи ја pH вредноста, ја наоѓаме концентрацијата на водородни јони:

pH = - лог = 6 или лог = –6. Оттука = 10-6 mol/l.

2. Во овој пуфер систем, јонот H2 PO4 делува како киселина

NaH2 PO4  Na+ + H2 PO4 ¯ K2 (H3 PO4) = 6,2 10 -8.

3. Познавање на концентрацијата на водородните јони и вредноста на константата

киселинска дисоцијација, го пресметуваме односот на концентрацијата на киселината кон концентрацијата на сол во даден пуферски систем:

		Ц киселина.
K2 (H3PO4)			или = K2 (H3 PO4)
K2 (H3PO4)			или = K2 (H3 PO4)
		Со сол

				1 10 - 6

	K2 (H3PO4)
	K2 (H3PO4)

Пресметка на pH на формираните пуферски системи

слаби бази и нивни соли

Пример 5. Пресметајте ја pH вредноста на пуфер раствор кој содржи 0,1 mol/l NH4 OH

и 0,1 mol/l NH4Cl, ако константата на дисоцијација на NH4 OH е 1,79 10-5.

С(NH4 OH) = 0,1 mol/l

С(NH4 Cl) = 0,1 mol/l

КNH4OH = 1,79 10-5

1. pK NH 4 OH - лог 1,79 10 -5 - (0,25- 5) 4,75

2.pH 14 - pKbas. лг бор

Со сол

14 - 4,75 lg 0,1 9,25 0,1

Одговор: pH=9,25.

Пример 6. Пресметајте ја pH вредноста на амонијак пуфер систем кој содржи 0,5 m

амониум хидроксид и амониум хлорид. Како ќе се промени pH вредноста кога ќе се додаде

1 литар од оваа смеса е 0,1 m HCI и кога се додава 0,1 m NaOH на 1 литар од смесата и се разредува растворот со вода 10 пати, ако pK NH4 OH = 4,75?

C(NH4 OH)= 0,5 mol/l

С(NH4 Cl) = 0,5 mol/l

С(HCl) = 0,1 mol/l

С(NaOH) = 0,1 mol/l

p KNH 4 OH = 4,75

1. pH пред разредување - ?

2. pH по додавање на HCI - ?

3. pH по додавање на NaOH - ?

4. pH по разредување со вода - ?

pH 14 - pK lg C основна.

Со сол

1. pH 14 - 4,75 lg 0,5 0,5 9,25

2. При додавање на 0,1 m HCl во пуфер раствор, концентрацијата на NH 4OH

ќе се намали за 0,1 m и ќе стане еднаква

0,4 m, а концентрацијата на NH4 CI се зголемува на 0,6 m. Затоа:

pH 14 - 4,75 lg 0,4 0,6 9,074

3. При додавање на 0,1 m NaOH на 1 литар од оваа смеса, концентрацијата на NH4 OH

ќе се зголеми на 0,6 m, а концентрацијата на NH4 Cl ќе се намали на 0,4 m Како резултат на тоа, добиваме: pH 14 - 4,75 lg 0,6 0,4 9,426

4. При разредување на пуферскиот раствор со вода 10 пати ќе имаме: pH 14 - 4,75 lg 0,05 0,05 9,25

Пример 7. Пресметајте pOH и pH на раствор кој содржи 8,5 g амонијак во 1 литар и

107 g амониум хлорид.


m(NH3) = 8,5 g	1. Најдете моларни концентрации
m(NH4Cl) = 107 g	амонијак и амониум хлорид:

rON -? pH - ?	C(NH3)

C(NH4CI)

2. Пресметајте pOH и pH:

C основа

Ц сол

4,75 (0,6) 5,35 ;

Одговор: pH = 8,65, pH = 5,35

Пресметка на тампон капацитет

тампон

смесата, доколку се добие со

мешање на 0,1 m CH3 COOH и 0,1 m CH3 COONa?

C(CH3COOH) = 0,1 mol/l

Бидејќи C(CH3 COOH) = C(CH3 COONa) = 0,1 m, тогаш

С(CH3 COONa) =

ја користиме формулата:

0,1 mol/l

C A C B

0,12

0,115 mol/l

C(CH3 COONa) =

бидејќи = К Ц

KCH 3 COOH = 18 10 –5 C = 1 mol/l

За да ја намалите pH вредноста за еден, треба да го додадете следново во растворот:

број на молови киселина во која киселина 10

Затоа, можеме да ја создадеме равенката:

ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛА

1. Која е pH вредноста на смесата која се состои од 100 ml 23N HCOOH и 30 ml 15N

HCOOK решение.

2. Како ќе се промени рН на пуфер раствор составен од 0,01 m Na? 2 HPO4 и

0,01 m NaH2 PO4, ако на него додадете 10–4 mol HCl.

3. Да се пресмета pH на раствор кој содржи 0,05 mol/l NH 4 OH и 0,05 mol/l

NH4 Cl (КNH4 OH = 1,8 10-5).

4. Пресметајте го пуферскиот капацитет на раствор кој содржи 0,4 mol Na во 1 литар 2 HPO4

и 0,2 mol NaH2PO4.

рН на пуферските раствори се пресметува со помош на равенката Хендерсон-Хаселбах:

– за киселински пуфер равенката ја има формата

– за главниот тампон

Равенките покажуваат дека рН на пуфер раствор од даден состав се определува со односот на концентрациите на киселина и сол или база и сол, и затоа не зависи од разредувањето. Кога волуменот на растворот се менува, концентрацијата на секоја компонента се менува за ист број пати.

Тампон капацитет

Способноста на пуферските раствори да одржуваат константна pH вредност е ограничена. Оние. додавање киселина или алкали без значително менување на pH на пуфер растворот е можно само во ограничени количини.

Вредноста што ја карактеризира способноста на пуферскиот раствор да се спротивстави на поместувањето на реакцијата на медиумот кога се додаваат киселини и алкалии се нарекува пуферски капацитет на растворот (Б).

Пуферниот капацитет се мери со бројот на молови на еквиваленти на силна киселина или алкали, чие додавање на 1 литар пуфер раствор ја менува pH вредноста за еден.

Математички, капацитетот на тампонот е дефиниран на следниов начин:

B со киселина (mol/l или mmol/l):

каде што n(1/z HA) е бројот на молови на киселински еквиваленти, pH 0 и pH е pH на пуферскиот раствор пред и по додавањето на киселината, V B е волуменот на пуферскиот раствор.

Во алкали (mol/l или mmol/l):

каде n (1/z BOH) е бројот на молови на еквиваленти на алкали, останатите ознаки се исти.

Капацитетот на тампон зависи од повеќе фактори:

1. Од природата на додадените супстанции и компоненти на пуферскиот раствор. Бидејќи Некои супстанции можат да формираат нерастворливи соединенија или комплекси или да дадат други несакани реакции со компонентите на тампон системот, тогаш концептот на тампон капацитет го губи своето значење.

2. Од почетната концентрација на компонентите на тампон системот.

Колку е поголем бројот на компоненти на киселинско-базен пар во растворот, толку е поголем пуферскиот капацитет на овој раствор.

Границата на односот на концентрациите на компонентите на пуферскиот раствор на кој системот сè уште ги задржува своите својства. рН интервалот = pK ± 1 се нарекува тампон зона на системот. Ова одговара на опсегот на соодносот сол / сол од 1/10 до 10/1.

Во k (крв) = 0,05 mol/l; V до (плазма) = 0,03 mol/l; V до (серумска крв) = 0,025 mol/l

Крвни пуферски системи

Посебно големо значењеПуфер системите имаат улога во одржувањето на киселинско-базната рамнотежа на организмите. PH вредноста на повеќето интрацелуларни течности е во опсег од 6,8 до 7,8.

Киселинско-базната рамнотежа во човечката крв е обезбедена со хидрокарбонатни, фосфатни, протеини и хемоглобински пуферски системи. Нормалната pH вредност на крвната плазма е 7,40 ± 0,05.

Системот за пуфер на хемоглобин обезбедува 35% пуферски капацитет на крвта: . Оксихемоглобинот е посилна киселина од намалениот хемоглобин. Оксихемоглобинот обично доаѓа во форма на калиумова сол.

Карбонат тампон систем : Таа е на прво место по својата моќ. Таа е претставена јаглеродна киселина(H 2 CO 3) и натриум или калиум бикарбонат (NaHCO 3, KHCO 3) во пропорција од 1/20. Бикарбонатниот пуфер е широко користен за корекција на нарушувања на киселинско-базната состојба на телото.

Фосфатен пуфер систем . Дихидроген фосфат има својства на слаба киселина и е во интеракција со алкалните производи кои влегуваат во крвта. Водород фосфатот има својства на слаб алкали и реагира со посилни киселини.

Протеинскиот пуфер систем ја игра улогата на неутрализирање на киселините и алкалите поради амфотерични својства: во кисела средина, плазма протеините се однесуваат како бази, во основна средина - како киселини:

Пуфер системи се присутни и во ткивата, кои помагаат да се одржи pH вредноста на ткивото на релативно константно ниво. Главните ткивни пуфери се протеините и фосфатите. рН исто така ја одржуваат белите дробови и бубрезите. Вишокот на јаглерод диоксид се отстранува преку белите дробови. Бубрезите со ацидоза излачуваат повеќе монобазен натриум фосфат, а со алкалоза - повеќе алкални соли: двобазен натриум фосфат и натриум бикарбонат.

Примери за решавање проблеми

Решение:

Потоа ја пресметуваме pH вредноста на киселиот пуферски раствор користејќи ја формулата

Одговор: 5,76

Решение:

Ние го пресметуваме капацитетот на тампон користејќи ја формулата:

Одговор: 0,021 mol/l

Пример 3.

Пуферниот раствор се состои од 100 ml 0,1 mol/l оцетна киселина и 200 ml 0,2 mol/l натриум ацетат. Како ќе се промени pH вредноста на овој раствор ако на него се додадат 30 ml раствор на натриум хидроксид од 0,2 mol/l?

Решение:

Ја пресметуваме pH вредноста на пуферскиот раствор користејќи ја формулата:

Кога NaOH се додава во пуфер раствор, количината на сол се зголемува и количината на киселина во пуферскиот раствор се намалува:

0,006 0,006 0,006

CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O

Пресметуваме n (NaOH) = 0,03 l · 0,2 mol/l = 0,006 mol, затоа во пуферскиот раствор количината на киселина се намалува за 0,006 mol, а количината на сол се зголемува за 0,006 mol.

Ја пресметуваме pH вредноста на растворот користејќи ја формулата:

Оттука: pH 2 – pH 1 = 5,82 – 5,3 = 0,52

Одговор:промена на рН на пуфер растворот = 0,52.

Задачи за независна одлука

4. За да се титрира 2 ml крв за да се промени pH вредноста од почетната вредност (7,36) до крајната вредност (7,0), потребно е да се додадат 1,6 ml од 0,01 M HCl раствор. Пресметајте го киселинскиот пуферски капацитет.

5. Колку молови натриум ацетат треба да се додадат на 300 ml оцетна киселина за да се намали концентрацијата на водородни јони за 300 пати (K dis (CH 3 coon) = 1,85,10 -5).

6. Кога биохемиски истражувањакористете фосфатен пуфер со pH = 7,4. Во кој сооднос треба да се мешаат растворите на натриум хидроген фосфат и натриум дихидроген фосфат со концентрација од 0,1 mol/l за да се добие таков пуферски раствор (pK(H 2 PO 4 -) = 7,4).

7. Какви прекршувања на CBS се забележани со следните индикатори: pH на крвта = 7,20, Pco 2 = 38 mm Hg. Арт., BO = 30 mmol/l, SBO = -4 mmol/l. Како да се елиминира ова прекршување на CBS?

Тест задачи

Поглавје 6. ПРОТОЛИТИЧКИ БАФЕРНИ СИСТЕМИ

Промената на кој било фактор што може да влијае на состојбата на хемиската рамнотежа на системот на супстанции предизвикува реакција во него што се обидува да се спротивстави на промената што се прави.

А. Ле Шателје

6.1. БАФЕРНИ СИСТЕМИ. ДЕФИНИЦИЈА И ОПШТИ ОДРЕДБИ НА ТЕОРИЈАТА НА БАФЕРНИТЕ СИСТЕМИ. КЛАСИФИКАЦИЈА НА БАФЕРНИТЕ СИСТЕМИ

Системите кои одржуваат протолитичка хомеостаза вклучуваат не само физиолошки механизми (пулмонална и бубрежна компензација), туку и физичко-хемиски пуферски ефекти, јонска размена, дифузија. Одржувањето на киселинско-базната рамнотежа на дадено ниво е обезбедено на молекуларно ниво со дејство на тампон системи.

Протолитичките пуферски системи се раствори кои одржуваат константна pH вредност и при додавање киселини и алкалии и при разредување.

Способноста на некои раствори да одржуваат константна концентрација на водородни јони се нарекува тампон дејство,кој е главен механизам на протолитичка хомеостаза. Пуфери се мешавини на слаба база или слаба киселина и нивна сол. Во пуферските раствори, главните „активни“ компоненти се донатор и акцептор на протон, според теоријата на Бронстед, или донатор и акцептор на електронски пар, според теоријата на Луис, што претставува киселинско-базен пар.

Врз основа на тоа дали слабиот електролит на тампон системот припаѓа на класата киселини или бази и според видот на наелектризираните честички се делат на три вида: кисели, базни и амфолитички. Решението што содржи еден или повеќе тампон системи се нарекува тампон раствор. Пуферните раствори може да се подготват на два начина:

Делумна неутрализација на слаб електролит со силен електролит:

Со мешање раствори на слаби електролити со нивните соли (или две соли): CH 3 COOH и CH 3 COONa; NH3 и NH4Cl; NaH2PO4

и Na 2 HPO 4 .

Причината за појавата на нов квалитет во решенијата - пуферско дејство - е комбинацијата на неколку протолитички рамнотежи:

Конјугирани киселинско-базни парови B/BH + и A - /HA се нарекуваат тампон системи.

Во согласност со принципот на Le Chatelier, додавајќи слаба киселина HB + H 2 O ↔ H 3 O + + B - силна киселина или сол што содржи Б - анјони на растворот, се јавува процес на јонизација, поместувајќи ја рамнотежата налево (ефект заеднички јон) B - + H 2 O ↔ HB + OH - , и додавање на алкали (OH -) - надесно, бидејќи поради реакцијата на неутрализација концентрацијата на јони на хидрониум ќе се намали.

При комбинирање на две изолирани рамнотежи (јонизација на киселина и анјонска хидролиза), излегува дека процесите што ќе се случат во нив под влијание на истите надворешни фактори(додавање на јони на хидрониум и хидроксид), повеќенасочно. Покрај тоа, концентрацијата на еден од производите на секоја од комбинираните реакции влијае на рамнотежната положба на другата реакција.

Протолитичкиот тампон систем е комбинирана рамнотежа на процесите на јонизација и хидролиза.

Равенката на пуферскиот систем ја изразува зависноста на рН на пуферскиот раствор од составот на пуферскиот систем:

Анализата на равенката покажува дека pH вредноста на пуферскиот раствор зависи од природата на супстанциите што го формираат пуферскиот систем, односот на концентрациите на компонентите и температурата (бидејќи од тоа зависи вредноста на pKa).

Според протолитичката теорија, киселините, базите и амфолитите се протолити.

6.2. ВИДОВИ БАФЕРНИ СИСТЕМИ

Тампон системи од типот на киселина

Киселинските пуферски системи се мешавина од слаба киселина HB (донатор на протон) и нејзината сол Б - (акцептор на протон). Тие имаат тенденција да имаат кисела средина (рН<7).

Хидрокарбонат тампон систем (тампон зона pH 5,4-7,4) - мешавина од слаба јаглеродна киселина H 2 CO 3 (протон донатор) и неговата сол HCO 3 - (протон акцептор).

Водород фосфат пуфер систем (тампон зона pH 6,2-8,2) - мешавина од слаба киселина H 2 PO 4 - (донатор на протон) и неговата сол HPO 4 2- (протон акцептор).

Системот на тампон на хемоглобинот е претставен со две слаби киселини (донатори на протон) - хемоглобин HHb и оксихемоглобин HHbO 2 и нивните конјугирани слаби бази (протонски акцептори) - хемоглобинат - Hb - и оксихемоглобинатни анјони HbO 2 -, соодветно.

Баферски системи од основен тип

Основните пуферски системи се мешавина од слаба база (протон акцептор) и нејзина сол (донатор на протон). Тие обично имаат алкална средина (pH >7).

Систем за пуфер на амонијак: мешавина од слаба база NH 3 H 2 O (прифаќач на протон) и негова сол - силен електролит NH 4 + (донатор на протон). Тампон зона на pH 8,2-10,2.

Пуфер системи од типот на амфолит

Амфолитичките пуферски системи се состојат од мешавина од две соли или сол на слаба киселина и слаба база, на пример CH 3 COONH 4, во која CH 3 COO - покажува слаби основни својства - акцептор на протон, и NH 4 + - a слаба киселина - донатор на протон. Биолошки значаен пуферски систем од типот на амфолит е протеинскиот пуфер систем - (NH 3 +) m -Prot-(CH 3 COO -) n.

Пуфер системите може да се сметаат како мешавина од слаби и силни електролити кои имаат јони со исто име (обичен јонски ефект).На пример, во раствор на ацетатен пуфер има ацетатни јони, а во раствор на јаглеводород има карбонатни јони.

6.3. МЕХАНИЗАМ НА ДЕЈСТВО НА ПУФЕРНИТЕ РЕШЕНИЈА И ОПРЕДЕЛУВАЊЕ НА PH КАЈ ОВИЕ РЕШЕНИЈА. РАВЕНКА ЃЕНДСОН-ХАСЕЛБАХ

Да го разгледаме механизмот на дејство на киселинскиот тип пуферски раствори користејќи го примерот на ацетатниот пуферски систем CH 3 COO - /CH 3 COOH, чие дејство се заснова на киселинско-базната рамнотежа CH 3 COOH ↔ H + + CH 3 КОО - (К И = 1,75 10 - 5). Главниот извор на ацетатни јони е силниот електролит CH 3 COONa. Кога се додава силна киселина, конјугираната база CH 3 COO - ги врзува додадените водородни катјони, претворајќи се во слаба киселина: CH 3 COO - + + H + ↔ CH 3 COOH (киселинско-базната рамнотежа се поместува налево). Намалувањето на концентрацијата на CH 3 COO - се балансира со зголемување на концентрацијата на слаба киселина и укажува на процесот на хидролиза. Според Оствалдовиот закон за разредување, зголемувањето на концентрацијата на киселината малку го намалува нејзиниот степен на електролитичка дисоцијација и киселината практично не јонизира. Следствено, во системот: C до се зголемува, C до и α се намалува, - const, C до /C до се зголемува, каде што C до е концентрацијата на киселината, C е концентрацијата на сол, α е степенот на електролитичка дисоцијација.

Кога се додава алкали, водородните катјони на оцетна киселина се ослободуваат и се неутрализираат со додадените јони на OH -, врзувајќи се за молекулите на водата: CH 3 COOH + OH - → CH 3 COO - + H 2 O

(киселинско-базната рамнотежа се поместува надесно). Следствено, C k се зголемува, C c и α се намалува, - const, C k / C c се намалува.

Механизмот на дејство на пуферските системи од основните и амфолитните типови е сличен. Пуферскиот ефект на растворот се должи на поместување на киселинско-базната рамнотежа поради врзувањето на додадените H + и OH - јони од пуферските компоненти и формирањето на супстанции со ниска дисоцијација.

Механизмот на дејство на протеинскиот пуфер раствор при додавање киселина: (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + nH+ ↔ (NH 3 +) m -Prot-(COOH) n, кога се додава алкали - (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + мО- ↔ (NH 2) m - Prot-(COO -) n + mH 2 O.

При високи концентрации на H + и OH - (повеќе од 0,1 mol/l), односот на компонентите на пуферската смеса значително се менува - C до / C се зголемува или намалува, а pH може да се промени. Ова е потврдено од Равенка Хендерсон-Хаселбалх,кој ја утврдува зависноста на [H + ], K I, α и C на /C s. Равенката

Ова го извлекуваме користејќи го примерот на пуферски систем од типот киселина - мешавина од оцетна киселина и нејзината сол CH 3 COONa. Концентрацијата на водородни јони во пуферскиот раствор се одредува со константата на јонизација на оцетната киселина:

Равенката покажува дека концентрацијата на водородните јони е директно зависна од KI, α, концентрацијата на киселина Ck и обратно зависи од Cc и односот C до /Cc. Со земање на логаритам од двете страни на равенката и земајќи го логаритамот со знак минус, ја добиваме равенката во логаритамска форма:

Равенката Хендерсон-Хаселбах за тампон системи од основниот и амфолитичкиот тип е изведена користејќи го примерот за изведување на равенката за тампон системи од киселински тип.

За основен тип пуферски систем, на пример амонијак, концентрацијата на водородни катјони во растворот може да се пресмета врз основа на киселинско-базната рамнотежна константа на конјугирана киселина

Н.Х. 4 + :

Хендерсон-Хаселбах равенка за баферски системи од основен тип:

Оваа равенка може да се претстави како:

За фосфатен пуфер систем HPO 4 2- /H 2 PO 4 - pH може да се пресмета со помош на равенката:

каде што pK 2 е константа на дисоцијација на ортофосфорната киселина во вториот чекор.

6.4. КАПАЦИТЕТ НА БАФЕРНИТЕ РЕШЕНИЈА И ФАКТОРИ КОИ ЈА ОПРЕДЕЛУВААТ НЕГО

Способноста на растворите да одржуваат константна pH вредност не е неограничена. Пуферските мешавини може да се разликуваат по јачината на нивната отпорност на дејството на киселините и базите внесени во пуферскиот раствор.

Количеството киселина или алкали што мора да се додаде на 1 литар пуфер раствор за да се промени неговата pH вредност за еден се нарекува пуфер капацитет.

Така, капацитетот на тампон е квантитативна мерка за пуферскиот ефект на растворот. Пуферниот раствор има максимален пуферски капацитет при pH = pK на киселината или базата, формирајќи мешавина со сооднос на неговите компоненти еднаков на единство. Колку е поголема почетната концентрација на пуферската смеса, толку е поголем нејзиниот пуферски капацитет. Капацитетот на пуферот зависи од составот на пуферскиот раствор, концентрацијата и односот на компонентите.

Треба да бидете во можност да го изберете вистинскиот тампон систем. Изборот се одредува според потребниот опсег на pH. Зоната на тампон се определува со јачината на киселината (базата) ±1 единица.

При изборот на пуферска смеса, неопходно е да се земе предвид хемиската природа на нејзините компоненти, бидејќи супстанциите од растворот на кои се додаваат

тампон систем, може да формира нерастворливи соединенија и да комуницира со компонентите на пуферскиот систем.

6.5. СИСТЕМИ ЗА ПУФЕРИРАЊЕ НА КРВ

Крвта содржи 4 главни тампон системи.

1. Хидрокарбонат. Тоа претставува 50% од капацитетот. Работи првенствено во плазмата и игра централна улога во транспортот на CO 2.

2. Протеини. Тоа претставува 7% од капацитетот.

3. Хемоглобин, тој учествува со 35% од капацитетот. Тој е претставен со хемоглобин и оксихемоглобин.

4. Хидрофосфат пуфер систем - 5% капацитет. Системите на хидрокарбонат и хемоглобински пуфер работат

централна и исклучително важна улога во транспортот на CO 2 и воспоставувањето на pH вредност. PH на крвната плазма е 7,4. CO 2 е производ на клеточниот метаболизам кој се ослободува во крвта. Дифузира низ мембраната во црвените крвни зрнца, каде што реагира со вода за да формира H 2 CO 3. Односот е поставен на 7, а pH вредноста ќе биде 7,25. Киселоста се зголемува и се случуваат следниве реакции:

Добиениот HCO 3 - излегува низ мембраната и се занесува од крвотокот. Во крвната плазма, pH е 7,4. Кога венската крв се враќа во белите дробови, хемоглобинот реагира со кислород за да формира оксихемоглобин, кој е посилна киселина: HHb + + O 2 ↔ HHbO 2. PH се намалува како што се формира повеќе силна киселина, се јавува реакцијата: HHbO 2 + HCO 3 - ↔ HbO 2 - + H 2 CO 3. СО 2 потоа се ослободува во атмосферата. Ова е еден од механизмите за транспорт на CO 2 и O 2.

Хидратацијата и дехидрацијата на CO 2 се катализираат од ензимот карбонска анхидраза, кој се наоѓа во црвените крвни зрнца.

Базите исто така се врзуваат со крвниот пуфер и се излачуваат во урината, главно во форма на моно- и двобазни фосфати.

Во клиниките секогаш се одредува алкалноста на резервната крв.

6.6. ПРАШАЊА И ВЕЖБИ ЗА САМОТЕСТИРАЊЕ НА ВАШАТА ПОДГОТОВКА ЗА ЧАСОВИ И ИСПИТУВАЊА

1. При комбинирање кои протолитички рамнотежи растворите ќе имаат пуферски својства?

2. Дајте го концептот на тампон системи и тампон дејство. Каква е хемијата на пуферирачкото дејство?

3. Главни типови на тампон раствори. Механизмот на нивното пуферско дејство и Хендерсон-Хаселбаховата равенка која ја одредува pH вредноста во пуферските системи.

4.Главните тампон системи на телото и нивната врска. Од што зависи pH на тампон системи?

5.Како се нарекува тампон капацитет на тампон систем? Кој крвен пуфер систем има најголем капацитет?

6. Методи за добивање пуферски раствори.

7. Избор на пуфер раствори за медицински и биолошки истражувања.

8. Определи дали е забележана ацидоза или алкалоза кај пациент ако концентрацијата на водородни јони во крвта е 1.2.10 -7 mol/l?

6.7. ТЕСТ ЗАДАЧИ

1. Кој од предложените системи е тампон систем?

а) HCl и NaCl;

б)H2SO4 и NaHSO4;

в) H 2 CO 3 и NaHCO 3;

г) HNO 3 и NaNO 3;

д) HClO 4 и NaClO 4.

2. За кој од предложените тампон системи одговара пресметковната формула pH = pK?

а) 0,1 M раствор NaH 2 PO 4 и 0,1 M раствор Na 2 HPO 4;

б) 0,2 М раствор на H 2 CO 3 и 0,3 M раствор на NaHCO 3;

в) 0,4 М раствор NH 4 OH и 0,3 M раствор NH 4 Cl;

г) 0,5 M раствор CH 3 COOH и 0,8 M раствор CH 3 COONa;

д) 0,4 M раствор на NaHCO 3 и 0,2 М раствор H 2 CO 3.

3. Кој од предложените пуферски системи е бикарбонат тампон систем?

а) NH4OH и NH4Cl;

б)H2CO3 и KNSO3;

в) NaH2PO4 и Na2HPO4;

г) CH 3 COOH и CH 3 COOK;

д) K 2 HPO 4 и KN 2 PO 4.

4. Под кои услови pH вредноста на тампон системот е еднаква на pK k?

а) кога концентрациите на киселината и нејзината сол се еднакви;

б) кога концентрациите на киселината и нејзината сол не се еднакви;

в) кога односот на волумените на киселината и нејзината сол е 0,5;

г) кога односот на волумените на киселината и нејзината сол при исти концентрации не е еднаков;

д) кога концентрацијата на киселината е 2 пати поголема од концентрацијата на сол.

5. Која од предложените формули е погодна за пресметување на [H+], за системот CH 3 COOH и CH 3 ПА ВО РЕД?

6. Која од наведените мешавини е дел од тампон системот на телото?

а) HCl и NaCl;

б) H2S и NaHS;

в) NH4OH и NH4Cl;

г) H2CO3 и NaHCO3;

д) Ba(OH) 2 и BaOHCl.

7. Каков тип на киселинско-базен пуфер систем е протеински пуфер?

а) слаба киселина и нејзиниот анјон;

в) анјони на 2 киселински соли;

д) јони и молекули на амфолити.

8. Каков тип на киселинско-базен пуфер систем е амонијак пуфер?

а) слаба киселина и нејзиниот анјон;

б) анјони на кисели и средни соли;

в) анјони на 2 киселински соли;

г) слаба база и нејзиниот катјон;

д) јони и молекули на амфолити.

9. Каков тип на киселинско-базен пуфер систем е фосфатниот пуфер?

а) слаба киселина и нејзиниот анјон;

б) анјони на кисели и средни соли;

в) анјони на 2 киселински соли;

г) слаба база и нејзиниот катјон;

д) јони и молекули на амфолити.

10. Кога протеинскиот пуфер систем не е пуфер?

а) во изоелектричната точка;

б) при додавање на алкали;

в) при додавање киселина;

г) во неутрална средина.

11. Која од предложените формули е погодна за пресметување на системот [OH - ]: NH 4 OH и NH 4 Cl?

Општа хемија: учебник / A. V. Zholnin; Изменето од В. А. Попкова, А. В. Жолнина. - 2012. - 400 стр.: ill.