Федеральное агентство по здравоохранению

и социальному развитию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Саратовский государственный университет

(ГОУ ВПО Саратовский ГМУ Росздрава)

О.П. Семёнова, Р.Т. Куцемако, П.В. Решетов

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

КИСЛОТНО – ОСНОВНОЕ РАВНОВЕСИЕ.

Методическая разработка к лабораторно – практическому занятию

(для студентов лечебного и педиатрического факультетов)

Саратов

2011

Федеральное агентство по здравоохранению

и социальному развитию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Саратовский государственный университет

(ГОУ ВПО Саратовский ГМУ Росздрава)

О.П. Семёнова, Р.Т. Куцемако, П.В. Решетов

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ.

КИСЛОТНО – ОСНОВНОЕ РАВНОВЕСИЕ.

Методическая разработка к лабораторно – практическому занятию

(для студентов лечебного и педиатрического факультетов)

Саратов

2011

УДК 546 /07/541.6

Методическая разработка является руководством к выполнению практической работы по теме: «Буферные растворы. Кислотно – основное равновесие». Она составлена для студентов по специальностям: Лечебное дело и Педиатрия в соответствии с «Программой для студентов факультетов по специальности: Лечебное дело и Педиатрия медицинских вузов».

В методической разработке вопросы теории и практики соединены в единую форму занятий. Выполнение опытов построено как самостоятельное научное исследование. Последовательность расположения заданий служит установлению логической связи между основными понятиями и раскрытию обобщающих закономерностей.

Авторы-составители: О.П. Семёнова, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры общей и биоорганической химии СГМУ Р.Т. Куцемако, кандидат биологических наук, доцент кафедры общей и биоорганической химии СГМУ, П.В. Решетов, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой общей, биоорганической химии СГМУ,

Под общей редакцией профессора Решетова П.В.

Рецензенты: доктор химических наук, профессор Федотова О.В.

Рекомендовано к изданию ЦМКС СГМУ

© Куцемако Р.Т.

Семёнова О.П.

Решетов П.В.

© Саратовский

медицинский

университет, 2011 г.

Буферные растворы

Цель занятия:

Сформировать у студентов системные знания о буферных растворах, их свойствах, механизме действия, их взаимосвязи и роли в поддержании кислотно – основного гомеостаза организма, наиболее важных показателях кислотно – основного гомеостаза, механизмах его поддержания.

Научить студентов прогнозировать влияние различных факторов на величину рН и буферной ёмкости буферных систем и биологических жидкостей и механизмы действия буферных растворов в зависимости от их типа, количественно рассчитывать величину рН буферных растворов и буферной ёмкости.

Обоснование темы.

Для живых организмов характерно поддержание кислотно-основного гомеостаза на определенном уровне. Это находит выражение в достаточно постоянных значениях рН биологических сред и способности восстанавливать нормальные значения рН при воздействии протолитов. В процессе метаболизма в организме постоянно происходит синтез, распад и взаимодействие огромного количества химических соединений. Все эти процессы осуществляются при помощи ферментов, активность которых связана с определённым значением рН.

Обеспечение постоянства рН крови и других органов и тканей является одним из важнейших условий нормального существования организма. Это обеспечение достигается наличием в организме многочисленных регулирующих систем, важнейшими из которых являются буферные системы. Последние играют основную роль в поддержании КОР в организме как в условиях физиологии, так и патологии.

Кроме того, материал данной темы необходим для изучения последующих тем предмета (потенциометрия, свойства растворов ВМС и т.д.) и таких дисциплин как биохимия, микробиология, гистология, гигиена, физиология, в практической деятельности врача при оценке типа и тяжести нарушений КОР.

Контрольные вопросы к теме:

1. Какие растворы называются буферными растворами ?

2. Классификация буферных растворов.

3. Механизм буферного действия.

4. Уравнение Гендерсона – Гассельбаха для определения рН и рОН протолитических буферных растворов.

5. Факторы, влияющие на рН и рОН буферных растворов.

6. Буферная ёмкость.

7. Зона буферного действия.

8. Количественное определение буферной ёмкости.

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

10. Взаимодействие буферных систем в организме.

11. Кислотно-основное равновесие.

12. Основные показатели КОР

13. Возможные причины и типы нарушений КОР организма

14. Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии для коррекции КОР: лекарственные средства с кислотными и основными свойствами.

Одним из основных свойств живых организмов является поддержание кислотно-основного гомеостаза на определенном уровне. Протолитический гомеостаз – постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов. Это находит выражение в достаточно постоянных значениях рН биологических сред (крови, слюны, желудочного сока и т.д.) и способности организма восстанавливать нормальные значения рН при воздействии протолитов. Система, поддерживающая протолитический гомеостаз, включает в себя не только физиологические механизмы (легочную и почечную компенсацию), но и физико-химические: буферное действие, ионный обмен и диффузию.

Буферными растворами называются растворы, сохраняющие неизменными значения рН при разбавлении или добавлении небольшого количества сильной кислоты или основания. Протолитические буферные растворы представляют смеси электролитов, содержащие одноимённые ионы.

Различают в основном протолитические буферные растворы двух типов:

• Кислотные т.е. состоящие из слабой кислоты и избытка сопряженного с ней основания (соли, образованной сильным основанием и анионом этой кислоты). Например: СН₃СООН и СН₃СООNa - ацетатный буфер

СН₃СООН + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + СН₃СОО^- избыток сопряженного

кислота

основания

СН₃СООNa → Na⁺ + CH₃COO^-

• Основные, т.е. состоящие из слабого основания и избытка сопряженной с ним кислоты (т.е. соли, образованной сильной кислотой и катионом этого основания). Например: NH₄OH и NH₄Cl – аммиачный буфер.

NH₃ + H₂O ↔ OH^- + NH₄⁺ избыток

Основание

сопряженной

NH₄Cl → Cl^- + NH₄⁺ кислоты

Уравнение буферной системы рассчитывается по формуле Гендерсона-Гассельбаха:

рН = рК + ℓg , pOH = pK + ℓg ,

где рК = -ℓg К_Д.

С – молярная или эквивалентная концентрация электролита (C = V N)

Механизм действия буферных растворов

Рассмотрим его на примере ацетатного буфера: СН₃СООН + СН₃СООNa

Высокая концентрация ацетат-ионов обусловлена полной диссоциацией сильного электролита – ацетата натрия, а уксусная кислота в присутствии одноименного аниона существует в растворе практически в неионизированном виде.

1. При добавлении небольшого количества хлороводородной кислоты, ионы Н⁺ связываются с имеющимся в растворе сопряженным основанием СН₃СОО^- в слабый электролит СН₃СООН.

CH₃COO ‾ +H ⁺ ↔ CH₃COOH (1)

Из уравнения (1) видно, что сильная кислота НС1 заменяется эквивалентным количеством слабой кислоты СН₃СООН. Количество СН₃СООН увеличивается и по закону разбавления В. Оствальда степень диссоциации уменьшается. В результате этого концентрация ионов Н⁺ в буфере увеличивается, но очень незначительно. рН сохраняется постоянным.

При добавлении кислоты к буферу рН определяется по формуле:

рН = рК + ℓg

2. При добавлении к буферу небольшого количества щелочи протекает реакция её с СН₃СООН. Молекулы уксусной кислоты будут реагировать с гидроксид-ионами с образованием Н₂О и СН₃СОО ^‾:

CH₃COOН + OH ^‾ ↔ CH₃COO ‾ + H₂O (2)

В результате этого щелочь заменяется эквивалентным количеством слабоосновной соли CH₃COONa. Количество СН₃СООН убывает и по закону разбавления В.Оствальда степень диссоциации увеличивается за счет потенциальной кислотности оставшихся недиссоциированных молекул СН₃СООН. Следовательно, концентрация ионов Н⁺ практически не изменяется. рН остаётся постоянным.

При добавлении щелочи рН определяется по формуле:

рН = рК + ℓg

3. При разбавлении буфера рН также не меняется, т.к. константа диссоциации и соотношение компонентов при этом остаются неизменными.

Таким образом, рН буфера зависит от: константы диссоциации и соотношения концентрации компонентов. Чем эти величины больше, тем больше рН буфера. рН буфера будет наибольшим при соотношении компонентов равным единице.

Значения рН различных биологических жидкостей и тканей организма.

Биологическая жидкость	рН (в норме)
Сыворотка крови	7,40 – 0,05
Спинномозговая жидкость	7,40 – 0,05
Слюна	6,35 – 6,85
Чистый желудочный сок	0,9 – 1,1
Сок поджелудочной железы	7,5 – 8,0
Желчь в протоках	7,4 – 8,5
Моча	4,8 – 7,5
Печень (внутриклеточная жидкость)	6,4 – 7,4
Слёзная жидкость	7,4 ± 0,1
Молоко	6,6 – 6,9

Для количественной характеристики буфера вводится понятие буферной ёмкости.