Неорганическая химия Курс лекций для студентов медико-биологического

биохимия»
2018/19 уч. год
Кафедра химии лечебного факультета
РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

4. Расчет рН буферных растворов. Уравнение Гендерсона-Хассельбаха. Анализ уравнения
5.

моль/сут;
серная, фосфорная, молочная ~ 0.03 – 0.08 моль/сут;
ацетоуксусная и

систему, способную поддерживать практически постоянное значение рН при добавлении небольших

A– / HA

В / ВН+

H+ + B

ВН+

кислота

сопряженное
основание

сопряженная
кислота

основание

Все буферные системы помимо воды содержат как минимум два компонента: донора протона и акцептора протона, которые образуют сопряженную кислотно-основную пару

Кислотные буферные системы (ацетатная, гидрокарбонатная и др.)

Основные буферные системы (аммиачная)

рKа

Слабая кислота и ее анион А– / НА

Ацетатная

СН3СОО– /СН3СОО 3.8–5.8 4.8

Гидрокарбонатная

НСО3– /H2CO3 5.4–7.4 6.4 (pKa1)

Анионы кислой и средней соли или двух кислых солей

Гидросфатная

HPO42– /H2PO4– 6.2–8.2 7.2 (pKa2)

Карбонатная

CO32– /НCO3– 9.4–11.4 10.4 (pKa2)

Слабое основание и его катион B / BН+

Аммиачная

NН3 / NН4+ 8.2–10.2 9.2

Изоэлектрическая точка pI (ИЭТ) – значение рН, при котором

Примеры Интервал Значение
буферных систем буферного действия рКа

Типы буферных систем

в буферных растворах
СН3СООNa / СН3СООН
pKa
NH3 / NH4Cl
NH4Cl → NH4+ +

NH4+ ⇄ NH3 + H+

взять компоненты буферного раствора, чтобы приготовить раствор с заданным значением

Анализ уравнения Гендерсона-Хассельбаха

1. рН буферных растворов зависит от силовых показателей слабой кислоты или основания, образующих конкретную буферную систему.

2. рН буферных растворов зависит от отношения концентраций компонентов сопряженной кислотно-основной пары, но практически не зависит от разбавления раствора.

3. Силовые показатели кислоты рKа или основания рKb, образующих конкретную буферную систему, можно вычислить по измерению рН раствора, если известны молярные концентрации компонентов.

кислоты:
CH3COO – + H +
(основание)
pH

2. Добавление сильного основания: NaOH

CH3COO –

Механизм буферного действия

pH ≈ const

CH3COOH

добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН

Зависит:

1) от концентрации компонентов буфера;

2) от соотношения компонентов (т.е. от рН)

Буферная емкость не постоянна в интервале буферного действия

Интервал буферного действия ВЕ – область значений рН, в пределах которого данная система проявляет буферные свойства:

При рН = pKa; Вк = Вщ

При рН < pKa; Вк < Вщ

При рН > pKa; Вк > Вщ

Буферная емкость

Вa(b) – величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать изменению рН среды при добавлении кислот или щелочей

т.е. ВЕ = pKa  1

основанием
(а)
(б)

глицина H3N+CH2COOH (pKa1=2.3, pKa2=9.6)
(кривая титрования)

a(H+) = 3.7·10–8 –  4.0·10–8 моль/л
Артериальная

Венозная кровь: рН = 7.36 – 7.40

Внутриклеточные жидкости: рН = 6.8 – 7.8

Ацидоз – нарушения КОС организма, вызванные увеличением кислотности (снижением рН) сред организма. Может быть компенсированный (рН ≈ норма) и некомпенсированный (рН ˂ норма)

Алкалоз – нарушение КОС организма, обусловленное повышением рН биологических жидкостей. Может быть компенсированный (рН ≈ норма) и некомпенсированный (рН ˃ норма)

в поддержание в ней протолитического гомеостаза

Bк = 40 ммоль/л
Bщ = 1–2 ммоль/л
pH↓
pH↑
Гидрокарбонатная буферная система крови
При

При появлении щелочных веществ:

В эритроцитах: [НСО3– ] / [Н2СО3] = 7:1
Вк(эритр) < Вк(пл.кр.)

Физиологические условия:

– K2НРО4/KН2РО4)
В плазме крови:
Вк = 1–2 ммоль/л Вщ = 0.5

Нейтрализует кислые метаболиты, избыточный Н2РО4– выводится почками – рН мочи снижается

При увеличении c(оснований) избыточный НРО42– выводится почками – рН мочи повышается

В эритроцитах:
[НРО42– ] : [Н2РО4– ] = (1.5-4) : 1

По сравнению с гидрокарбонатной гидрофосфатная система более «консервативна» – избыточные продукты нейтрализации выводятся через почки (2–3 суток).

рН мочи 4.8 – 7.5

оксигемоглобин (HbO2– /ННbО2)
O2
O2
H+ + HbO2–

Гемоглобиновая / оксигемоглобиновая буферная система

При добавлении кислот поглощать Н+ будет в первую очередь Hb–

Нейтрализовать ОН – активнее будет HHbO2

Гемоглобиновая буферная система играет значительную роль в процессах дыхания, транспорта кислорода, поддержании постоянства рН в эритроцитах. Она эффективно функционирует только в сочетании с другими буферными системами крови

90%

HHbO2

65%

(Hb·CO2)– ⇄ HbO2– + HHb + CO2

продукты метаболизма –
Н+ и СО2, а из эритроцитов –

Взаимодействие буферных систем в организме

H2CO3 + Hb– → (Hb– ·CO2) + H2O

HCO3– – 80%
(Hb·CO2)– – 15%
CO2 – 5%

в норме
Изменения при патологии
рН
Водородный показатель
7.40.5
6.87.8 7.357.20 ацидоз 7.457.50 алкалоз
рСО2
Показатель СО2, или парциальное

405 мм рт. ст. (5.30.7 кПа)

10130 5 мм рт. ст. > 40 мм рт. ст. (рН < 7.4)  дыхательный ацидоз; < 40 мм рт. ст. (рН > 7.4)  дыхательный ацидоз

[HCO3]

Показатель концентрации гидрокарбонат-ионов HCO3 (щелочной резерв крови)

2425 ммоль/л

Значение [HCO3] указывает на характер нарушения КОС *.

* Дыхательный  незначительные изменения; метаболический  большие изменения

норме
Изменения при патологии
BB (Buffer Base)
Сумма буферных оснований: ионы HCO3 (25 ммоль) и анионы

42 ммоль/л

BB > 42 при метаболи-ческом алкалозе; BB < 42 при метаболи-ческом ацидозе

BE (Base Excess)

Избыток оснований или свобо- дные буферные основания: количество кислоты или осно- вания, нужного для доведения рН крови до нормы при рCO2 = 40 мм рт. ст.; BB = 42 + BE

03 ммоль/л

+30  30 > ммоль/л; BE > 0 (рН > 7.4) ─ метаболический алкалоз; BE < 0 (рН < 7.4) ─ метаболический ацидоз