4. Кислотно-основное равновесие
Одним из характерных свойств внутренней среды организма является гомеостаз - сохранение ряда биохимических и физиологических параметров на строго определенном уровне. Можно считать, что в состоянии гомеостаза организм находится в равновесии, т.е. биохимические и физиологические процессы являются равновесными. Одним из важнейших биохимических показателей равновесия процессов в организме является изогидрия - постоянство концентрации ионов водорода в разных отделов организма, следовательно, кислотно-основного равновесия, поддержание которого обеспечивается совместным действием ряда биохимических и физиологических механизмов.
4.1. Кислотность и основность среды
Рассмотрение механизмов, обеспечивающих изогидрию, основано на определении понятий кислоты и основания. В химии растворов применяют две основные теории кислот и оснований.
Теория электролитической диссоциации С.Аренниуса:
Кислоты - электролиты, образующие при диссоциации катионы водорода (Н+);
Основания - электролиты, образующие при диссоциации анионы гидроксила (ОН- ).
Протолитическая (протонная) теория Бренстеда - Лоури:
Кислоты - доноры протонов (Н+);
Основания - акцепторы протонов (Н+).
Вода является слабым электролитом, а значит плохо диссоциирует на ионы:
Н
2О
Н+
+ ОН-
При 250С:
К(Н2О) = [H+] [OH-] = 10-14
К(Н2О) - константа автопротолиза называется ионным произведением воды.
В чистой воде: [H+] = [OH-] = 10 -7моль/л - нейтральная среда
Если [H+] > [OH-], то [H+] > 10-7моль/л - кислая среда
[H+] < [OH-], то [H+] < 10-7моль/л - щелочная среда.
Поскольку опелировать показателями степеней неудобно, Соренсен (1909г.) ввел понятие водородного показателя - отрицательного десятичного логарифма концентрации ионов водорода:
рН = - lg [H+]
Используют также гидроксильный показатель - отрицательный десятичный логарифм концентрации гидроксильных групп:
рОН = - lg [OH-].
При рН = 7 рОН = 7 - нейтральная среда
рН > 7 рОН < 7 - щелочная среда
рН < 7 рОН > 7 - кислая среда
(0-3 - сильнокислая, 4-7 - слабокислая, 7-10 - слабощелочная, 10-14 - сильнощелочная)
Ионное произведение воды часто выражают в логарифмической форме:
рН + рОН = 14.
Кислотность и основность раствора определяется концентрации ионов водорода, которую также называют активной реакцией среды. рН является мерой активной кислотности раствора.
Для растворов кислот и оснований, исходя из их особенностей, можно рассчитать значения рН их растворов. Для слабых кислот рН находится по формуле:
рН = ½ рК - ½ lg C,
где рК = - lgК называется показателем константы диссоциации слабой кислоты или основания, С - концентрация раствора.
Для слабых оснований рН находится по формуле:
рН = 14 - ½ рК + ½ lg C
Для сильных кислот рН находится по формуле:
рН = - lg (zC), где z – число ионов водорода
Для сильных оснований
рН = 14 + lg (zC), где z – число ионов гидроксила