Значение рН различных систем

Среды организма	рН
Сыворотка крови	7,36-7,44
Чистый желудочный сок	0,9
Сок поджелудочной железы	7,5-7,8
Желчь в протоках	7,4-8,5
Желчь в пузыре	5,4-6,9
Моча	4,8-7,5
Молоко	6,6-6,9
Дистиллированная вода, находящаяся в равновесии с воздухом	5,5
Морская вода	8,0
Свежий яичный белок	8,0

 

Значение рН, благоприятные для развития патогенных бактерий

Вид бактерий	рН
Стафилококки	7,4
Стрептококки	7,4-76
Пневмококки	7,6-7,8
Менингококки	7,4-7,6
Гонококки	7,0-7,4

 

В организме человека присутствуют различные буферные системы. Из них наиболее важными являются: гидрокарбонатная, гемоглобиновая, фосфатная и белковая.

Гидрокарбонатная система образована оксидом углерода (IV) (как кислота) и гидрокарбонат-ионом (как сопряженное основание). Для гидрокарбонатного буфера рН рассчитывают по формуле:

 

 

Это уравнение носит название уравнения Гендерсона-Гассельбаха. Значение рК для данного уравнения отличается от справочной величины рК_а для Н₂СО₃, и равно 6,1.

С учетом коэффициента растворимости СО₂ получим другую форму уравнения Гендерсона-Гассельбаха:

 

, где

- парциальное давление СО₂.

 

В организме протекает обратимая реакция:

СО₂ + Н₂О «Н₂СО₃ «Н⁺ + НСО

Она ускоряется ферментом карбоангидразой. Изменение концентрации любой составной части этого буфера приводит к смещению равновесия и соотношение концентраций остается постоянным. Буферная емкость гидрокарбонатного буфера по кислоте значительно выше, чем буферная емкость по основанию. Поэтому главное назначение этого буфера в нейтрализации кислот.

Гидрокарбонатный буфер является основной буферной системой плазмы крови и является системой быстрого реагирования, т.к. продукт его взаимодействия с кислотами – СО₂ быстро выводится через легкие. Гидрокарбонатный буфер также содержится в эритроцитах, почечной ткани и интерстициальной жидкости.

Гемоглобиновая буферная система представлена двумя слабыми кислотами – гемоглобином и оксигемоглобином – и сопряженными им основаниями, соответственно гемоглобинат- и оксигемоглобинат-ионами:

ННb «H⁺ + Hb^-

кислота основание

HHbO₂ «H⁺ + HbO

Гемоглобиновый буфер является буферной системой эритроцитов. Оксигемоглобин – более сильная кислота (рК_а=6,95), чем гемоглобин (рК_а=8,20). Поэтому присоединение кислорода к гемоглобину понижает рН крови. С другой стороны, при отдаче кислорода в тканях рН крови вновь возрастает.

Фосфатная буферная система функционирует в основном в плазме. Она представлена ионами Н₂РО (кислота) и НРО (основание). Фосфатная буферная система более консервативна, т.к. избыточные продукты нейтрализации выводятся через почки.

В организме также функционируют:

· белковая или протеиновая;

· аминокислотная;

· аммиачная (в почках) буферные системы.

 

Разбор типовых задач

1. Вычислите рН фосфатного буфера, составленного 100 мл 0,1 М КН₂РО₄ и 50 мл 0,15 М К₂НРО₄.

Решение: Расчет рН фосфатного буфера проводим по формуле:

Значение = 6,8 (берем из справочника).

Так как концентрация вещества пропорциональна количеству вещества:

n = C×V,

то в формулу подставим количества вещества КН₂РО₄ и К₂НРО₄.

 

2. При смешении 10 мл 0,1 М формиата натрия с 5 мл 0,05 М раствора НС1 был получен формиатный буфер. Рассчитайте значение рН этого раствора.

Решение: При смешении этих растворов протекает реакция:

HCOONa + HCl = HCOOH + NaCl

Из расчета количества вещества видно, что HCOONa в избытке.

n_HCOONa = 0,01×0,1 = 0,001 моль

n_НС1 = 0,005×0,05 = 0,00025 моль

После реакции формиата натрия останется:

n_HCOONa = 0,001 - 0,00025 = 0,00075 моль

Вместе с образовавшейся муравьиной кислотой формиат натрия образует формиатный буфер n_HCOOН = n_НС1 = 0,00025 моль.

Расчет рН ведем по формуле:

Здесь учли, что рК_НСООН = 3,75.

 

3. Как изменится рН фосфатного буфера, содержащего 100 мл дигидрофосфата калия и 300 мл раствора гидрофосфата калия (концентрации исходных растворов равны по 0,1 моль/л), при добавлении к нему 20 мл раствора NaOH с концентрацией 0,1 моль/л?

Решение: Сначала рассчитаем значение рН исходного раствора:

При добавлении NaOH с ним в первую очередь взаимодействует КН₂РО₄ по схеме:

КН₂РО₄ + NaOH = NaKHPO₄ + H₂O

Часть дигидрофосфата переходит в гидрофосфат.

= 0,1×0,1 = 0,01 моль; = 0,02×0,1 = 0,002 моль

После реакции дигидрофосфата калия останется:

= 0,01 - 0,002 = 0,008 моль

Общее количество гидрофосфата станет:

= 0,3 × 0,1 + 0,002 = 0,032 моль

Рассчитаем рН полученного раствора:

Изменение рН составит:

 

4. В каком мольном соотношении надо смешать аммиак и хлорид аммония, чтобы получить буферный раствор с рН = 9,0, если рК =4,75?

Решение: Расчет рН аммонийного буфера проводят по формуле:

Подставляя значения рН и рК получим:

Тогда:

Следовательно, мольное соотношение NH₄Cl к NH₃ должно быть:

n : n ® 1,78: 1

 

5. К 100 мл крови для изменения рН от 7,36 до 7,00 надо дабавить 3,6 мл соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л. Какова буферная емкость крови по кислоте?

Решение: Расчет буферной емкости по кислоте проводят по формуле:

 

 

Лабораторная работа

Задание 1. Приготовление буферного раствора.

В три пробирки внесите 0,1 М растворы СН₃СООН и СН₃СООNa в соотношении (по объему): 9:1, 5:5 и 1:9. Каждый приготовленный раствор хорошо перемешать. Во все три пробирки прибавьте по 3 капли индикатора метилового оранжевого или метилового красного. Сравните и запишите окраску растворов. По известной формуле рассчитайте значения рН во всех трех растворах. В каких пределах изменилось значение рН?

Задание 2. Влияние разбавления на рН буферных растворов.

Приготовьте 3 раствора ацетатного буфера в соотношении 9:1, 5:5 и 1:9 как в предыдущем опыте. Затем в 3 чистые пробирки отберите по 2 мл приготовленных буферных растворов и добавьте в каждую из них по 8 мл дистиллированной воды. Растворы хорошо перемешайте. Во вновь приготовленные растворы (с разбавлением) добавьте по 3 капли индикатора метилового красного как и в первом случае. Сравните окраски растворов между собой и с первыми тремя пробирками. Сделайте заключение по окраске содержимого пробирок. С учетом разбавления исходных растворов вновь рассчитайте значения рН полученных растворов. Результаты наблюдений и расчетов внесите в таблицу по форме и сделайте выводы.

Номера пробирок
Соотношение кислота: соль в буферном растворе
Окраска растворов после добавления индикатора
Расчетное значение рН

Задание 3. Определение буферной емкости по кислоте и по щелочи.

В конической колбе приготовьте буферный раствор, смешав 10 мл 0,1 М СН₃СООН и 10 мл 0,1 М раствора СН₃СООNa. В другой колбе приготовьте раствор – свидетель, смешивая 18 мл 0,1 М СН₃СООН и 2 мл 0,1 М СН₃СООNa.

В обе колбы внесите по 3 капли раствора метилового оранжевого. Сравните окраску растворов. Затем содержимое первой колбы титруйте из бюретки 0,1 М раствором НС1 до получения одинаковой окраски с раствором – свидетелем. Запишите затраченный объем раствора НС1 и рассчитайте по известной формуле буферную емкость ацетатного буфера. Значение рН содержимого 1 и 2 колб берите из расчетных величин 2 и 3 пробирок (см. табл. из пред. задания). Бюретку с 0,1 М раствором НС1 надо приготовить соблюдая правила ацидометрии параллельно с приготовлением содержимого 1 и 2 колб.

Для определения емкости ацетатного буфера по щелочи надо приготовить колбу с содержанием 10 мл 0,1 М СН₃СООН и 10 мл 0,1 М СН₃СООNa и раствор – свидетель (другая колба), содержащий 18 мл 0,1 М СН₃СООNa и 2 мл 0,1 М СН₃СООН. После добавления 3 капель раствора метилового оранжевого в каждую колбу, содержимое 1-ой колбы титруйте из бюретки 0,1 М раствором NaOH до одинаковой окраски с раствором – свидетелем. Записав объем затраченного раствора NaOH рассчитайте буферную емкость по щелочи. Значения рН содержимого 1-ой и 2-ой колб берите из расчетных величин 2 и 1 пробирок (см. табл. из пред. задания). Бюретку с 0,1 М раствором NaOH надо приготовить соблюдая правила алкалиметрии параллельно с приготовлением содержимого 1-ой и 2-ой колб.

Сравните буферную емкость ацетатного буфера по кислоте и по щелочи. Сделайте выводы.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: