Что такое буферная емкость какие факторы влияют на величину буферной емкости

Буферная емкость. Факторы, определяющие буферную емкость

Количественной мерой устойчивости буферных систем является буферная емкость. Буферной емкостью (В) называется количество сильной кислоты или сильного основания, которое нужно прибавить к 1 литру буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу. Она выражается в моль/л или чаще в ммоль/л и определяется по формуле:

Интервал значений водородного показателя (∆рН), в котором буферная система обладает буферными свойствами, называют зоной буферного действия.

Буферная емкость зависит от природы и общих концентраций компонентов буферного раствора, а также от отношения их концентраций. Чем больше концентрация компонентов буферного раствора и чем ближе отношение с_НА/с_ВА и с_ВОН/с_ВА к единице, тем больше буферная емкость.. При с_НА/с_ВА и с_вон/с_ВА, равных единице, буферная емкость максимальна.

6. Буферные системы крови и слюны

Кровь животных и человека представляет собой сложную буферную систему с рН в пределах 7.3-7.4. Значение рН крови на одном уровне поддерживается белками плазмы, гемоглобином, фосфатами, гидрокарбонатом натрия и угольной кислотой. Система угольная кислота — гидрокарбонат натрия регулирует содержание кислорода и оксида углерода в крови.

Мощность буферных систем плазмы крови уменьшается в ряду: водородкарбонатная, белковая, фосфатная, аминокислотная (изучить самостоятельно. ).

Буферные свойства слюны.Буферная емкость слюны, т. е. ее способность нейтрализовать кислоты и основания, обычно рассматривается как защитный механизм полости рта, функционирующий по принципу саморегуляции.

В полости рта действуют облигатные (всегда присутствующие) и факультативные (могут отсутствовать) факторы. К 1-ой группе относятся: слюна, пища, ротовая микрофлора, десневая жидкость, зубной камень, зубы; ко 2-ой группе — гигиенические средства, медикаменты, протезы.

Функция регуляции кислотно-основного баланса осуществляется слюной за счет ее буферных свойств. Буферная емкость обеспечивается тремя основными буферными системами: водородкарбонатной, фосфатной и белковой. Гидрокарбонатная буферная система обеспечивает 80 % буферных свойств слюны; концентрация гидрокарбонатов в слюне возрастает прямо пропорционально увеличению скорости секреции.

Буферная емкость значительно варьируется и может зависеть от характера питания, времени суток, состояния желудочно-кишечного тракта. Показатель рН слюны с увеличением скорости слюноотделения увеличивается, поэтому рН днем выше, чем ночью. Второй по значению считается фосфатная система, третьей— белковая.

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 16544 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Буферная емкость. Количественное определение буферной емкости. Зона буферного действия.

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,

n_Э – количество моль-эквивалента сильной кислоты или щелочи,

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

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

На практике буферная ёмкость рассчитывается по формуле:

В =

V – объём кислоты или щелочи,

N – эквивалентная концентрация кислоты или щелочи,

V_буф.— объём буферного раствора,

Δ рН – изменение рН.

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

Она равна рН = рК ± 1

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

Источник

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),
Vб.- 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.

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.

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.

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)

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.

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.

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.

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.

Источник

Буферная емкость

Тема: Буферная емкость.

Мотивация изучения темы. Знание свойств буферных систем и умение применять их для решения практических задач врачу необходимо потому, что буферные системы играют ведущую роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия (КЩР) в организме как в физиологических условиях, так и в условиях патологии.

Способность буферных систем сохранять постоянство рН ограничена. Увеличивать концентрацию кислоты и щелочи, существенно не меняя рН буферного раствора, можно лишь в ограниченных количествах.

Буферные системы имеют две количественные характеристики – рН и буферную емкость (β). Буферная емкость – предел, в котором проявляется буферное действие, т. е. способность сохранять значение рН при внесении кислот или оснований.

Цель: Изучить буферную емкость, буферные системы организма.

1. Приобрести навыки расчета буферной емкости по кислоте и по щелочи.

2. Закрепить навыки расчета рН буферных систем.

Задания для самостоятельной работы студента во внеучебное время (самоподготовка).

А. Контрольные вопросы

1. Типы буферных растворов (название, состав).

2. Механизм буферного действия (на примере кислотного и основного буферных растворов).

3. Расчет рН буферных систем (уравнение Гендерсона-Гассельбаха для расчета рН кислотного и основного буферных растворов).

4. Факторы, влияющие на рН буферного раствора.

5. Буферная емкость (определение, формулы расчета, единицы измерения).

6. Факторы, влияющие на буферную емкость.

Б. Список рекомендуемой литературы:

4. Практикум по общей и биоорганической химии /под ред. – 3-е изд.-М.: изд. центр «Академия», 2008.-240с

В. Обучающий материал.

Буферной емкостью (β) называют величину, измеряемую числом моль или ммоль эквивалента кислоты или щелочи, которое нужно добавить к 1л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу.

Буферная емкость характеризует способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислоты или щелочи. Математически буферная емкость определяется следующим образом:

а) буферная емкость по кислоте: б) буферная емкость по щелочи:

; ;

V(HA), V(B) – объемы добавленной кислоты НА или щелочи В (мл или л);

— количества эквивалентов кислоты, щелочи (моль);

-молярные концентрации эквивалента кислоты, щелочи (моль/л)

V(б. р.) – объем буферного раствора (мл или л);

Единица измерения буферной емкости – моль/л. Буферная емкость зависит от ряда факторов:

1. Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары: основание/сопряженная кислота в растворе, тем выше буферная емкость этого раствора.

Допустим, имеются два ацетатных буфера, концентрация компонентов в которых составляет 10 и 100 ммоль/л. Соотношение [кислота] : [соль] у них одинаково:

1); 2)

рН этих растворов одинаков. При добавлении к ним по 5 ммоль HCl прореагируют по 5 ммоль соли, и образуется по 5 ммоль слабой кислоты СН3СООН. Соотношение компонентов станет равным соответственно:

1) 2)

Таким образом, рН первого буфера резко сместится, рН второго – почти не изменится. Следовательно, чем выше концентрация компонентов буферного раствора, тем устойчивее величина их соотношения, тем выше буферная емкость.

2. Буферная емкость зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора. Чем ближе это соотношение к единице, тем выше буферная емкость. Следовательно, буферная емкость зависит от рН раствора.

Возьмем два ацетатных буфера, содержащих в сумме равное количество кислоты и соли (по 100 ммоль):

1) 2)

В результате добавления к каждому буферу по 10 ммоль HCl величины дробей изменятся:

1) 2)

Во втором буфере, где дробь была равна единице, величина ее изменилась меньше, чем в первом буфере. Следовательно, наибольшей буферной емкостью обладают растворы, в которых соотношение компонентов буфера приближается к единице (при равном значении числителя и знаменателя дроби).

Таким образом, если рН буферного раствора зависит только от константы диссоциации слабой кислоты или основания и соотношения концентраций компонентов буфера, то буферная емкость зависит и от соотношения концентраций компонентов буфера, и от концентраций компонентов буферного раствора.

Г. Обучающие задачи

Задача №1 К 100мл крови для изменения рН от 7,36 до 7,0 надо добавить 36мл 0,05н раствора HCl. Рассчитайте буферную емкость крови по кислоте.

V(крови)= 100мл

C(fэквHCl)= 0,05моль/л

Ответ: βк = 0,05 моль/л.

Д. Задачи для самостоятельного решения.

Задача 1. Рассчитать объем HCl (концентрация 0,1 моль/л), который нужно прибавить к 1л крови, чтобы изменить рН от 7,36 до 7,0. Буферная емкость по кислоте равна 0,01 моль/л. (Ответ: 36мл).

Задача 2. Рассчитать рН бикарбонатного буфера, в котором соотношение кислоты к соли 4:3. К(Н2СО3) = 3,3·10-7

Задача 3. Рассчитать рН аммиачного буферного раствора, в котором соотношение основания к соли 5:2. К (NH4OH) = 1,78 ×10-5. (Ответ: рН = 9,65)

Источник

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 С_{н (к-ты)} и V(_к-ты)— соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора кислоты, при добавлении которого к объему буферного раствора V_{буф.р-ра} происходит уменьшение рН на величину ΔрН.

Буферная емкость по щелочи находится по формуле

где С_{н (осн)} и V(_осн)— соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора щелочи, при добавлении которого к объему буферного раствора V_{буф.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.

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:

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:

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.

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

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 Н₂РО₄ 1- :

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 – 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 + H2O

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.

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.

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 4735 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник