Вопросы для самоподготовки по теме

1. Понятие о сН и рН, единицы измерения.

2. Ионное произведение воды, константа диссоциации. Вывод формул. Взаимосвязь сН и сОН, рН и рОН.

3. Характеристика реакции среды по величине сН и рН: кислая, нейтральная, щелочная.

4. Колометрический метод определения рН. Его сущность, разновидности, точность, применение в животноводстве. Прибор Михаэлиса.

5. Электрометрический метод определения рН – сущность, точность, применяемый прибор, использование в практике .

6. Величина рН тканей и жидкостей организма животных.

7. Биологическая роль и регуляция реакции среды в организме животных.

4. Буферные системы и растворы.

Буферными растворами называются растворы, обладающие свойствами противодействовать изменению водородного показателя при разведении и при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот и щелочей.

Большинство биологических жидкостей (кровь, лимфа, клеточный сок, секреты желез, слюна) имеют нейтральную, слабокислую или слабощелочную реакцию среды и обладают буферным действием. Поддержание постоянства внутренней среды имеет важное значение для течения всех биохимических реакций. Изменение рН среды резко меняет интенсивность и направленность метаболизма.

В процессе обмена веществ в животном организме непрерывно образуется большое количество различных кислых и щелочных продуктов, однако значение рН крови, лимфы, тканевой жидкости животных характеризуется значительной устойчивостью и постоянством. Так, например, рН крови человека равен 7,3 – 7,4; рН крови различных млекопитающих и птиц – 7,2 – 7,5; рН крови лягушки – 7,8 и т.д.

В регуляции реакции среды следует учитывать весь организм животного в целом. Большая роль в этом процессе принадлежит так называемым буферным системам. Буферные системы представляют собой в большинстве случаев смесь слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием, или смесь слабого основания и его соли, образованной сильной кислотой.

Буферные системы способны противодействовать изменению рН раствора при добавлении кислоты или щелочи, а также при разбавлении раствора.

Механизм действия буферной системы рассмотрим на примере ацетатной буферной смеси, состоящей из уксусной кислоты CH₃COOH и уксуснокислого натрия CH₃COONa.

Если к такой системе добавить немного сильной кислоты HCl, то анионы CH₃COO^- будут связывать водородные ионы в слабодиссоциирующие молекулы уксусной кислоты:

CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl,

Что можно представить в ионном виде:

CH3COO^- + Н⁺ = CH₃COOH

Поэтому концентрация водородных ионов (рН) в буферном растворе остается почти неизменной.

При добавлении небольшого количества щелочи (например NaOH) к той же буферной системе, происходит реакция нейтрализации между уксусной кислотой и NaOH:

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O;

Или в ионном виде:

H⁺ + OH^- = H₂O.

Казалось бы, что в результате удаления из раствора ионов Н⁺ кислотность его должна уменьшится, но этого практически не происходит, так как уменьшение концентрации водородных ионов в растворе вызывает сдвиг равновесия реакции диссоциации слабой уксусной кислоты в сторону распада ее на ионы:

C H₃COOH CH₃COO^- + Н⁺

В результате этого количество водородных ионов вновь пополняется, и значение рН раствора заметно не изменяется.

Таким образом, при добавлении кислоты к буферному раствору концентрация водородных ионов (рН) будет сохраняться в нем почти неизменной до тех пор, пока не окажется связанной вся соль; при добавлении щелочи рН не изменится до тех пор, пока не будет израсходована вся кислота буферной смеси. После этого буферное действие прекращается и при дальнейшем прибавлении кислоты или щелочи наступает резкое изменение рН раствора. Чем выше концентрация кислоты и соли в буферном растворе, тем дольше он противостоит изменению рН, тем больше его буферная емкость.

(Буферная емкость измеряется количеством грамм-эквивалентов кислоты или щелочи, которое надо добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу).

Каждая буферная система характеризуется определенным значением рН, которое легко вычислить, зная константу диссоциации кислоты или основания и количество компонентов буферной смеси (кислоты и ее соли или основания или его соли).

Вывод формулы для расчета рН буферных систем можно разобрать на примере той же ацетатной буферной смеси CH₃COOH и CH₃COONa.

Уксусная кислота, как слабый электролит, частично диссоциирует в растворе на ионы:

C H₃COOH CH₃COO^- + Н⁺

Применяя к этой реакции закон действия масс, находят константу диссоциации уксусной кислоты:

[Н⁺]  [CH₃COO^-]

,

К

[CH₃COOH]

=

Из этого уравнения определяют концентрацию водородных ионов [Н+]:

К[CH₃COOH]

,

[

[CH₃COO^-]

Н⁺] =

Полученное равенство можно несколько видоизменить. Концентрация недиссоциированных молекул уксусной кислоты ввиду ничтожно малой ее диссоциации в буферном растворе практически равна общей концентрации кислоты, которую обозначают [кислота], то есть [СН₃СООН] = [кислота]. Концентрацию же ионов [CH₃COO^-] можно считать приближенно равной общей концентрации полностью диссоциированной соли CH₃COONa [соль], так как количество ионов CH₃COO^-, образующихся за счет диссоциации уксусной кислоты, ничтожно мало, то есть:

[CH₃COO^-] = [соль].

Тогда приведенное уравнение можно переписать следующим образом:

К [кислота]

,

[

[соль]

Н⁺] =

откуда следует, что концентрация водородных ионов (рН) буферной системы зависит от соотношения количества кислоты и ее соли в растворе.

Если буферная система состоит из слабого основания и соли, то сначала определяют концентрацию ионов ОН^- по уравнению: