Кислотно-основные буферные растворы.

Буферный раствор – это раствор, содержащий протолитически равновесную систему, способную поддерживать практически постоянным значение рН при его разбавлении или добавлении небольших количеств сильных кислот или оснований.

Буферный раствор состоит из кислоты и основания, которые между собой не взаимодействуют (сопряжённая кислота и основание)

Буферные системы бывают кислотные и основные.

Кислотные буферные системы содержат слабую кислоту (донор протонов) и соль этой кислоты (акцептор): пример – ацетатная буферная система (CH₃COOH/CH₃COO^-). Основные буферные системы содержат слабые основания (акцептор) и соль этого основания (донор). Пример – аммиачная буферная система (NH₃*H₂O/NH₄⁺)

Состав, механизм действия буферных растворов

Наиболее распространены водные кислотно-основные буферные растворы Они содержат слабую кислоту НА и сопряженное с ней основание А, например СН₃СООН и СН₃СОО^-, NH₄⁺ и NH₃. В таких системах осуществляется равновесие (на примере ацетатного буфера): 

CH₃COOH (кислотный компонент)  H⁺ + CH₃COO^-

CH₃COONa  CH₃COO^- (основный компонент) + Na⁺

CH₃COO^- + H₂O  CH₃COOH + OH^-

Механизм действия

При добавлении сильной кислоты:

CH₃COO^- + H⁺  CH₃COOH

При добавлении избытка сильного основания

CH₃COOH + OH^-  CH₃COO^- + H₂O

Равновесие фосфатного буфера:

HPO₄^2- + H₂O  H₂PO₄^- + OH^-

Буферная емкость

Буферная емкость – это количество кислоты или щёлочи (моль-эквивалента), добавление которых к 1 л буферного раствора изменяет рН на 1.

Буферная ёмкость зависит от концентраций компонентов (чем выше концентрация, тем больше буферная ёмкость). Кислотная буферная ёмкость – определяет концентрацию буферного основания. Основная буферная ёмкость – определяет концентрацию буферной кислоты.

Уравнение Гендерсона-Гассельбаха.

С помощью этого уравнения можно определить водородный показатель буферного раствора.

Для кислотной буферной системы:

Для основной буферной системы:

Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая.

1. Гидрокарбонатная (CO₂*H₂O/HCO₃^-). На ее долю приходится 50% емкости. Она работает главным образом в плазме и играет центральную роль в транспорте СО₂. Состоит из угольной кислоты H₂CO₃ и сопряжённого основания HCO₃^-.Зона буферного действия pH 5,4-7,4. Наибольшая буферная ёмкость по кислоте.

H⁺ + HCO₃^- H₂CO₃CO₂+H₂O

Основания связываются угольной кислотой (поступают из кишечника). Углекислый газ уходит в лёгкие.

2. Белковая. На ее долю приходится 7% емкости. Соответствующее кислотно-основное равновесие:

а) H₃N⁺ – R – COO^– + Н⁺ ⇄H₃N⁺ – R – COOH

б) H₃N⁺ – R – COO^– + ОН^– ⇄H₂N – R – COO^– + Н₂О

3. Гемоглобиновая (HHb/Hb- (венозная кровь), (HHbO₂/HbO₂^- (окисленный гемоглобин, артериальная кровь)), на нее приходится 35% емкости. Она представлена двумя слабыми кислотами (доноры протонов) - гемоглобином HHb и оксигемоглобином HHbO₂ и сопряженными им слабыми основаниями (акцепторами протонов) - соответственно гемоглобинат - Hb^- и оксигемоглобинат-анионами HbO₂^-.

Механизм:

H⁺ + Hb^-  HHb

H⁺ + HbO₂^-  HHbO₂  HHb + O₂

OH^- + HHbO₂  HbO₂^- + H₂O

OH^- + HHb  Hb^- + H₂O

4. Гидрофосфатная буферная система (HPO₄^2-/H₂PO₄^-). Гидрофосфатная буферная система (зона буферного действия pH 6,2-8,2) - смесь слабой кислоты H₂PO₄^-(донор протона) и ее соли HPO₄^2- (акцептор протона). Содержится в клеточной жидкости преимущественно почек, костей, крови и других тканей.

H⁺ + HPO₄^2-H₂PO₄^-

OH^-+H₂PO₄^- HPO₄^2-+H₂O

Билет 22. Адсорбционные равновесия и процессы на подвижных границах раздела фаз. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение. Адсорбция. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества. Изменение поверхностной активности в гомологических рядах (правило Траубе). Изотерма адсорбции. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран.

Адсорбционные равновесия и процессы на подвижных границах раздела фаз.

На поверхностях раздела фаз наблюдаются различные поверхностные явления: поверхностное натяжение, сорбция (включающая адсорбцию, абсорбцию), адгезия (слипание частиц жидкости с поверхностью тела в результате межмолекулярного взаимодействия), смачивание (адгезия>когезия), капиллярная конденсация (переход газа в жидкое и твёрдое состояние под действием повышенного давления). Все виды поверхностных явлений обусловлены тем, что частицы, находящиеся на поверхности раздела, по-разному взаимодействуют с частицами соприкасающихся фаз. Эти взаимодействия отличаются по энергии от взаимодействия частиц, соприкасающихся внутри каждой фазы. Подвижные границы раздела фаз наблюдаются между жидкостью и газом (ж-г), двумя несмешивающимися жидкостями (ж-ж).

Сорбция – это гетерогенный процесс самопроизвольного поглощения твёрдым телом или жидкостью веществ из окружающей среды. Твёрдые тела или жидкости, способные поглощать вещества, называют сорбентами, а поглощаемое вещество – сорбатом. Сорбция бывает обратимая и необратимая. В случае обратимой сорбции на границе раздела фаз устанавливается равновесие

если K>1, то преобладает сорбция, если меньше, то десорбция.

Адсорбция – процесс сорбции, сопровождающийся концентрированием поглощаемого вещества на поверхности сорбента.

или

Адсорбция – самопроизвольное изменение концентрации растворённого вещества на границе раздела фаз.

Абсорбция – поглощаемые вещества (абсорбаты) в результате диффузии распределяются по всему объёму вещества-поглотителя (абсорбента)