Расчет рН в буферных растворах
СН3СООNa / СН3СООН
CH3COONa |
|
|
|
Na + + CH3COO– |
||
|
|
|||||
CH3COOH |
|
|
|
|
|
H + + CH3COO– |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
pKa |
|||
=¿ ¿ ¿
= + |
[ |
|
|
|
− |
] |
|
|
|
|
|||||
|
|
[ ] |
|||||
NH3 / NH4Cl |
NH4Cl → NH4+ + Cl– |
|
|
||||
|
|
|
|||||
|
NH4+ NH3 + H+ |
|
|
|
|
||
+¿=¿ ¿¿ |
= |
|
|
|
[ ] ¿ |
¿ |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
+¿+ |
|
|
||||
|
|
|
|
|
¿¿ |
|
|
Уравнение Гендерсона-Хассельбаха
= ¿ ¿ 
|
|
Буферная система |
|
|
|
Формулы для расчета рН |
|
|
|
|||||||||||
Основание |
Сопряженная |
|
|
|
||||||||||||||||
кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. Ацетатная буферная система |
|
|
|
pH = pKa |
+ lg |
[CH3COONa] |
|
|
|
|||||||||||
СН3COONa |
СН3COOH |
|
|
|
||||||||||||||||
|
[CH3COOH] |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
2. Гидрокарбонатная буферная система |
|
|
pH = pKa1 |
+ |
|
|
|
[NaHCO3] |
|
|
|
|||||||||
NaHCO3 |
CO2 H2O |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
lg s p(CO2) |
|
|
|
||||||||||||||
3. Карбонатная буферная система |
|
|
|
pH = pK |
|
+ |
|
|
[Na2CO3] |
|
|
|
||||||||
Na2CO3 |
NaHCO3 |
a2 |
lg |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
[NaHCO3] |
|
|
|
|||||||||||||||
4. Гидрофосфатная (фосфатная) буферная система |
pH = pKa2 |
+ |
|
|
[Na2HPO4] |
|
|
|
||||||||||||
Na2HPO4 |
NaH2PO4 |
lg |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
5. Аммиачная буферная система |
|
|
|
|
|
|
|
[NaH2PO4] |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
pH = pKBH+ + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
NH3 |
NH4Cl |
|
|
|
|
[NH3] |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
lg |
|
|
|
|
|
|||||||||||
6. Глицин-кислота |
|
|
|
|
pH = pKa1 + |
[NH4Cl] |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
+NH CH COO– |
+NH |
CH COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3 |
2 |
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
||
диполярная форма |
катионная форма |
|
|
|
lg |
|
[ |
|
NH3CH2COO ] |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
NH3CH2COOH] |
|||||||||||||||
7. Глицин-основание |
|
|
|
|
|
|
|
|
[ |
|
||||||||||
|
|
|
|
pH = pKa2 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
NH CH |
COO– |
+NH CH |
COO– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
2 |
|
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
[NH2CH2COO-] |
|
|
||||||
анионная форма |
диполярная форма |
|
|
|
lg |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[ |
|
NH3CH2COO ] |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
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.
4. Используя уравнение Гендерсона–Хассельбаха, можно вычислить, в каком соотношении нужно взять компоненты буферного раствора, чтобы приготовить раствор с заданным значением рН.
13
Механизм буферного действия
Схема (механизм) буферного действия системы СН3СОО– / СН3СООН
CH3COONa |
|
Na + + CH3COO– |
|
CH3COOH |
|
H + + CH3COO– |
|
1. Добавление сильной кислоты: |
HCl |
H+ + Cl – |
|
CH3COO – + H + |
CH3COOH |
|
|
(основание) |
слабая кислота |
pH ≈ const |
|
CH3COOH |
|
|
|
2. Добавление сильного основания: |
NaOH |
Na+ + OH– |
|
CH3COOH + OH – |
|
H O + CH |
COO |
– |
|
|
|
|
|||||||
|
|
||||||
(кислота) |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
слабое основание |
|||||
CH3COO – |
|
|
|
|
|
|
pH ≈ const |
14
Буферная емкость
Вa(b) – величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать изменению рН среды при добавлении кислот или щелочей
Буферная емкость Вa(b) — количество кислоты или щелочи, которые нужно
добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу
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:
|
|
т.е. ВЕ = pKa 1 |
|
При рН = pKa; |
Вк = Вщ |
|
|
При рН < pKa; |
Вк < Вщ |
|
|
При рН > pKa; |
Вк > Вщ |
15 |
|
|
|
||
0,1 М ФОСФАТНЫЙ БУФЕР, pH 5,7—8,0 |
|
|
||
МАТОЧНЫЙ РАСТВОР |
" |
|
|
|
А) 0,2М раствора NaН2Р04*Н20 (27,58 г/1000мл) |
|
|
||
Б) 0,2 М раствора Na2НР04 (28,38 г/1000 мл) |
|
|
||
Х мл раствора А + Y мл раствора В + Дистиллированная вода до 200мл |
|
|
||
рH |
А |
Б |
|
|
5,7 |
93,5 |
6,5 |
|
|
5,8 |
92,0 |
8,0 |
|
|
5,9 |
90,0 |
10,0 |
|
|
6,0 |
87,7 |
12,3 |
|
|
6,1 |
85,0 |
15,0 |
|
|
6,2 |
81,5 |
18,5 |
|
|
6,3 |
77,5 |
22,5 |
|
|
6,4 |
73,5 |
26,5 |
|
|
6,5 |
68,5 |
31,5 |
|
|
6,6 |
62,5 |
37,5 |
|
|
6,7 |
56,5 |
43,5 |
|
|
6,8 |
51,0 |
49,0 |
|
|
6,9 |
45,0 |
55,0 |
|
|
7,0 |
39,0 |
61,0 |
16 |
|
7,1 |
33,0 |
67,0 |
||
|
||||
Изменение рН при постепенном добавлении щелочи к раствору |
||||||||||||||||
катионной формы глицина H |
N+CH |
COOH (pK |
=2.3, pK |
=9.6) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
a1 |
|
|
a2 |
|
pH |
|
|
(кривая титрования) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
pI = 6.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
pKa2 = 9.6 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pI = |
1 |
(pK |
|
pK |
) |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
a1 + |
a2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
çî í û áóô åðí î ãî |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
действия (рÊà ± 1) |
|
|
|
|
|
||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pKa1 = 2.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ì î ëü |
|
|
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1.0 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
1.8 |
2.0 |
|
|
эквив. |
17 |
|||
|
|
NaOH |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Кислотно-основное состояние (КОС) организма человека
Плазма крови: рН = 7.40 0.05; |
a(H+) = 3.7·10–8 – 4.0·10–8 моль/л |
Артериальная кровь: рН = 7.38 |
– 7.42 |
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)
Наиболее важные буферные системы организма человека
Относительный вклад буферных систем крови в поддержание в ней протолитического гомеостаза
Буферные системы |
Вклад |
Буферные системы эритроцитов |
Вклад |
||||||
плазмы крови |
% |
% |
|||||||
|
|
|
|
||||||
Гидрокарбонатная |
35 |
Гемоглобиновая ; Оксигемоглобиновая |
35 |
||||||
НСО3– / Н2СО3 |
Hb– /HHb; |
HbO2– / HHbO2 |
|||||||
|
|
||||||||
Белковая |
7 |
Гидрокарбонатная |
18 |
||||||
(Prot–) / HProt |
НСО3– / Н2СО3 |
||||||||
|
|
||||||||
Фосфатная |
1 |
Фосфатная |
|
|
4 |
||||
НРО |
2– / Н |
РО – |
НРО 2– |
/ Н РО |
– |
||||
|
|
||||||||
4 |
2 |
4 |
|
4 |
2 |
4 |
|
|
|
Общий |
43 |
Общий |
|
|
57 |
||||
19
Гидрокарбонатная буферная система крови
Физиологические условия:
В плазме: [HCO3–]/[CO2 + H2CO3] 20 : 1
Bк = 40 ммоль/л
Bщ = 1–2 ммоль/л
В эритроцитах: [НСО3– ] / [Н2СО3] = 7:1
Вк(эритр) < Вк(пл.кр.)
При появлении кислых метаболитов: |
pH↓ |
|
|
|
|
|||
Í ÑÎ – + Í Lac |
|
|
Lac– + H CO |
3 |
|
CO |
+ H O |
|
|
|
|
||||||
3 |
|
|
|
2 |
2 |
2 |
||
м о ло чн ая кисло та |
|
|
|
|
èçáû òî ê ÑÎ 2 |
|||
При появлении щелочных веществ: |
pH↑ |
|
|
|
|
|||
OH– + H2CO3 |
HCO3– + H2O |
|
|
|
20 |
|||