Кислотно-основное равновесие. Водородный показатель рН. Буферные растворы и буферные системы крови, страница 2

Универсальный индикатор - это смесь нескольких индикаторов, интервал перехода окраски которых охватывают шкалу рН от 1 до 14. Точность определения рН не превышает 0,5 единиц рН.

БУФЕРНЫМИ называют растворы, поддерживающие определенную концентрацию ионов водорода (рН) при разбавлении и незначительно изменяющие ее при добавлении небольших количеств сильных кислот или щелочей. К ним относятся:

1. Растворы, содержащие слабую кислоту и соль этой кислоты и сильного основания (СН₃СООН + СН₃СООNa);

2. Растворы, содержащие слабое основание и соль этого осно­вания и сильной кислоты (NH₄OH + NH₄Cl);

3. Растворы, содержащие смесь солей слабых многоосновных кислот (Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄);

4. Растворы, содержащие смесь средней гидролизующейся соли и кислой соли этой же кислоты (NaHCO₃ + Na₂CO₃).

Расчет рН буферного раствора производят по формулам:

    соль

рН = рК_К + lg                        -   для буферной смеси, образованной                                                                                                 (6)

   кислота           слабой одноосновной кислотой и ее солью

основание

рН = 14 - рК_осн.+ lg                           -   для буферной cмеси, образо-               (7)

 соль                 ванной слабым однокислотным

         основанием и его солью

Покажем, что буферная смесь, например, СН₃СООН + СН₃СООNa, обладает способностью в определенных пределах поддерживать посто­янным рН раствора.

При прибавлении щелочи произойдет реакция:

СH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O,

при этом происходит связывание ионов ОН^-.

При добавлении кислоты протекает реакция:

HCl + CH₃COONa → CH₃COOH + NaCl,

т.е. происходит связывание ионов Н⁺.

рН буферного раствора зависит от соотношения концентраций соли и кислоты. Изменяя это отношение можно получить буферный ряд, т.е. серию растворов с последовательно меняющейся величиной рН.

БУФЕРНОЙ ЕМКОСТЬЮ называется количество вещества эквивалента сильной кислоты или щелочи (моль), необходимое для смещения рН 1 л буферного раствора на одну единицу.

Δ b

            В =                           ,

                       рН₁ - рН_О

где Δ b - количество добавленной щелочи или кислоты;

рН_О - водородный показатель исходного буферного раствора;

рН₁ - водородный показатель буферного раствора после прибав­ления сильной кислоты или щелочи.

Буферная емкость раствора тем выше, чем больше концентрации компонентов и чем меньше эти концентрации различаются между собой.

Разбавление раствора не влияет на изменение рН, но сильно влияет на величину буферной емкости.

Поддержание постоянного уровня рН в крови и тканевых жидкос­тях достигается благодаря наличию нескольких буферных систем. Важнейшие из них:

1. Гидрокарбонатная буферная система характеризуется равно­весием молекул слабой угольной кислоты с образующимися при ее диссоциации гидрокарбонат-ионами:

           НСО₃^- + Н⁺ ↔ Н₂СО₃                                           (1а)

        НСО₃^- + Н₂О ↔ Н₂СО₃ + ОН^-                                     (1б)

В организме угольная кислота образуется при гидротации СО₂ - продукта окисления органических веществ:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃

Процесс ускоряется ферментом карбоангидразой.

2. Фосфатная буферная система характеризуется равновесием:

            HPO₄^2- + H⁺ ↔ H₂PO₄^-                                          (2а)

        НРО₄^2- + Н₂О ↔ Н₂РО₄^- + ОН^-                                     (2б)

3. Буферная система оксигемоглобин-гемоглобин, на долю кото­рой приходится приблизительно 75% емкости крови, характеризуется равновесием между ионами гемоглобина Нв^- и самим гемоглобином ННв (очень слабая кислота, К_ННв = 6,3^.10^-9; рК_ННв = 8,2):

           Нв^- + Н ⁺ ↔ ННв                                                 (3а)