2. Что такое рН растворов? Раскройте значение этого показателя для живых организмов.

Водородный показатель – рН – это мера активности (концентрации) ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность.

При добавлении к воде кислоты концентрация ионов водорода увеличивается, а концентрация гидроксид-ионов соответственно уменьшается, при добавлении основания – наоборот, повышается содержание гидроксид-ионов, а концентрация ионов водорода падает. Когда [H⁺] > [OH^–] говорят, что раствор является кислым, а при [OH^–] > [H⁺] – щелочным, когда [OH^–] > [H⁺ ], среда считается нейтральной. рН зависит от соотношения между положительно заряженными ионами (формирующими кислую среду) и отрицательно заряженными ионами (формирующими щелочную среду). Организм постоянно стремится уравновесить это соотношение, поддерживая строго определенный уровень рН. При нарушенном балансе могут возникнуть множество серьезных заболеваний.

Организм способен правильно усваивать и накапливать минералы и питательные вещества только при надлежащем уровне кислотно-щелочного равновесия. Уровень pH также важен для поддержания нормального действия ферментов, так как они способны проявлять активность только при определенных значениях pH(что отражает строгую специфичность ферментов). Основными механизмами поддержания этого равновесия являются: буферные системы крови (карбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая), респираторная (легочная) система регуляции, почечная (выделительная система). В среднем, большинство ферментов имеют максимальную активность при pH  уровне 7,3 — 7,4. Любые, самые маленькие отклонения pH крови, снижают активность работы ферментов, следствием чего является замедление в биохимических процессах.

3. Механизм действия буферных растворов.

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.

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.

NH₄Cl → Cl^- + NH₄⁺

Механизм действия:

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.

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.

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.