аммиачно буферный раствор для чего
Аммиачно буферный раствор зачем он нужен. Буферные системы, их классификация и механизм действия
В лабораторной практике часто приходится работать с растворами, которые имеют определенное значение рН. Такие растворы называют буферными.
Буферные растворы – растворы, рН которых практически не изменяется при добавлении к ним небольших количеств кислот и оснований или при их разбавлении.
Буферные растворы могут быть четырех типов:
1. Слабая кислота и её соль. Например, ацетатный буферный раствор СН 3 СООН + СН 3 СООNа (рН=4,7).
2. Слабое основание и его соль. Например, аммиачный буферный раствор NH 4 OH + NH 4 Cl (рН=9,2).
3. Раствор двух кислых солей. Например, фосфатный буферный раствор NaH 2 PO 4 + Na 2 HPO 4 (рН=8). В этом случае соль играет роль слабой кислоты.
Аминокислотные и белковые буферные растворы.
СН 3 СООNа + НСl = СН 3 СООН + NаСl
При добавлении к ацетатному буферному раствору щелочи (например, NaОН) происходит реакция:
СН 3 СООН + NaОН = СН 3 СООNа + Н 2 О
Буферная емкость – то предельное количество (моль) сильной кислоты или щелочи, которое можно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы рН его изменился не более чем на единицу.
Буферные свойства проявляются очень слабо, если концентрация одного компонента в 10 раз и более отличается от концентрации другого. Поэтому буферные растворы часто готовят смешением растворов равной концентрации обоих компонентов либо прибавлением к раствору одного компонента соответствующего количества реагента, приводящего к образованию равной концентрации сопряженной формы.
Для приготовления аммиачной буферной смеси смешивают 100 мл раствора NH 4 Cl с массовой долей его 10% и 100 мл раствора NH 4 OH с массовой долей 10% и разбавляют полученную смесь дистиллированной водой до 1 л.
Буферные растворы широко применяются в химическом анализе, биохимическом анализе для создания и поддержания определенного значения рН среды при проведении реакций.
Например, ионы Ва 2+ отделяют от ионов Са 2+ осаждением дихромат-ионами Сr 2 О 7 2- в присутствии ацетатного буферного раствора; при определении многих катионов металлов с помощью трилона Б методом комплексонометрии используют аммиачный буферный раствор.
Глава 6. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
Глава 6. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
Изменение любого фактора, могущего влиять на состояние химического равновесия системы веществ, вызывает в ней реакцию, стремящуюся противодействовать производимому изменению.
6.1. БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ. КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ
Системы, поддерживающие протолитический гомеостаз, включают в себя не только физиологические механизмы (легочная и почечная компенсация), но и физико-химическое буферное действие, ионный обмен, диффузию. Поддержание на заданном уровне кислотно-основного равновесия обеспечивается на молекулярном уровне действием буферных систем.
Протолитическими буферными системами называются растворы, сохраняющие постоянное значение pH как при добавлении кислот и щелочей, так и при разведении.
По принадлежности слабого электролита буферной системы к классу кислот или оснований и по типу заряженной частицы они делятся на три типа: кислотный, основной и амфолитный. Раствор, содержащий одну или несколько буферных систем, называется буферным раствором. Буферные растворы можно приготовить двумя способами:
Частичной нейтрализацией слабого электролита сильным электролитом:
Смешиванием растворов слабых электролитов с их солями (или двух солей): CH 3 COOH и CH 3 COONa; NH 3 и NH 4 Cl; NaH 2 PO 4
При совмещении двух изолированных равновесий (ионизации кислоты и гидролиза по аниону) оказывается, что процессы, которые в них будут протекать при воздействии одних и тех же внешних факторов (добавлении ионов гидроксония и гидроксид-ионов), разнонаправле-ны. Кроме того, концентрация одного из продуктов каждой из совмещенных реакций влияет на положение равновесия другой реакции.
Протолитическая буферная система представляет собой совмещенное равновесие процессов ионизации и гидролиза.
Уравнение буферной системы выражает зависимость pH буферного раствора от состава буферной системы:
Анализ уравнения показывает, что величина pH буферного раствора зависит от природы веществ, образующих буферную систему, соотношения концентрации компонентов и температуры (так как от нее зависит величина pKa).
Согласно протолитической теории, кислоты, основания и амфоли-ты являются протолитами.
6.2. ТИПЫ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ
Буферные системы кислотного типа
Буферные системы амфолитного типа
6.3. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ PH В ЭТИХ РАСТВОРАХ. УРАВНЕНИЕ ГЕНДЕРСОНА-ХАССЕЛЬБАХА
Уравнение показывает, что концентрация ионов водорода находится в прямой зависимости от К И, α, концентрации кислоты С к и в обратной зависимости от С с и соотношения С к /С с. Логарифмируя обе части уравнения и взяв логарифм со знаком минус, получим уравнение в логарифмической форме:
Уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем основного и амфолитного типов выводится на примере вывода уравнения для буферных систем кислотного типа.
Для буферной системы основного типа, например аммиачной, концентрацию катионов водорода в растворе можно рассчитать, исходя из константы кислотно-основного равновесия сопряженной кислоты
Уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем основного типа:
Данное уравнение можно представить в виде:
6.4. ЕМКОСТЬ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ И ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕЕ ФАКТОРЫ
Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Буферные смеси можно различить по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и оснований, вводимых в буферный раствор.
Количество кислоты или щелочи, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы значение его pH изменилось на единицу, называют буферной емкостью.
Таким образом, буферная емкость является количественной мерой буферного действия раствора. Буферный раствор имеет максимальную буферную емкость при pH = pK кислоты или основания, образующей смесь при соотношении ее компонентов, равном единице. Чем выше исходная концентрация буферной смеси, тем выше ее буферная емкость. Буферная емкость зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.
Нужно уметь правильно выбрать буферную систему. Выбор определяется необходимым интервалом pH. Зона буферного действия определяется силовым показателем кислоты (основания) ±1 ед.
При выборе буферной смеси необходимо учитывать химическую природу ее компонентов, так как вещества раствора, к которым добав-
ляется буферная система, могут образовывать нерастворимые соединения, взаимодействовать с компонентами буферной системы.
6.5. БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КРОВИ
Кровь содержит 4 основные буферные системы.
2.Белковая. На ее долю приходится 7% емкости.
3.Гемоглобиновая, на нее приходится 35% емкости. Она представлена гемоглобином и оксигемоглобином.
Гидратация и дегидратация СО 2 катализируется ферментом карбо-ангидразой, которая имеется в эритроцитах.
Основания также связываются буферным раствором крови и выделяются с мочой, главным образом в виде одно- и двузамещенных фосфатов.
В клиниках всегда определяют резервную щелочность крови.
6.6. ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ К ЗАНЯТИЯМ И ЭКЗАМЕНАМ
1.При совмещении каких протолитических равновесий растворы будут обладать буферными свойствами?
2.Дать понятие о буферных системах и буферном действии. Каков химизм буферного действия?
3.Основные типы буферных растворов. Механизм их буферного действия и уравнение Гендерсона-Хассельбаха, определяющее pH в буферных системах.
4.Основные буферные системы организма и их взаимосвязь. От чего зависит pH буферных систем?
5.Что называют буферной емкостью буферной системы? Какая из буферных систем крови обладает наибольшей емкостью?
6.Способы получения буферных растворов.
7.Выбор буферных растворов для медико-биологических исследований.
6.7. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Какая из предложенных систем является буферной?
б)H 2 SO 4 и NaHSO 4 ;
в)H 2 CO 3 и NaHCO 3 ;
2. Для какой из предложенных буферных систем соответствует расчетная формула pH = рК?
а)0,1 М р-р NaH 2 PO 4 и 0,1 М р-р Na 2 HPO 4 ;
б)0,2 М р-р H 2 CO 3 и 0,3 М р-р NaHCO 3 ;
в)0,4 М р-р NH 4 OH и 0,3 М р-р NH 4 Cl;
г)0,5 М р-р СН 3 СООН и 0,8 М р-р CH 3 COONa;
3. Какая из предложенных буферных систем является бикарбонатной буферной системой?
а) NH 4 OH и NH 4 Cl;
б)Н 2 СО 3 и КНСО 3 ;
в)NaH 2 PO 4 и Na 2 HPO 4 ;
г)СН 3 СOOН и СН 3 СООК;
4. При каких условиях pH буферной системы равна рК к?
а)когда равны концентрация кислоты и ее соли;
б)когда не равны концентрация кислоты и ее соли;
в)когда соотношение объемов кислоты и ее соли равно 0,5;
г)когда соотношение объемов кислоты и ее соли при одинаковых концентрациях не равно;
д)когда концентрация кислоты больше концентрации соли в 2 раза.
5. Какая из предложенных формул подойдет для расчета [Н+], для системы СН 3 СООН и СН 3 СOOК?
6. Какая из ниже перечисленных смесей входит в состав буферной системы организма?
в)NH 4 OH и NH 4 Cl;
г)H 2 CO 3 и NaНСО 3 ;
7. К какому типу кислотно-основных буферных систем относится белковый буфер?
а)слабая кислота и ее анион;
в)анионы 2 кислых солей;
д)ионы и молекулы амфолитов.
8. К какому типу кислотно-основных буферных систем относится аммиачный буфер?
а)слабая кислота и ее анион;
б)анионы кислой и средней соли;
в)анионы 2 кислых солей;
г)слабое основание и его катион;
д)ионы и молекулы амфолитов.
9. К какому типу кислотно-основных буферных систем относится фосфатный буфер?
а)слабая кислота и ее анион;
б)анионы кислой и средней соли;
в)анионы 2 кислых солей;
г)слабое основание и его катион;
д)ионы и молекулы амфолитов.
10. Когда белковая буферная система не является буфером?
а)в изоэлектрической точке;
б)при добавлении щелочи;
в)при добавлении кислоты;
г)в нейтральной среде.
Классификация буферных растворов
Различают естественные и искусственные буферные растворы. Естественным буферным раствором является кровь, содержащая гидрокарбонатную, фосфатную, белковую, гемоглобиновую и кислотную буферные системы. Искусственным буферным раствором может быть ацетатный буфер, состоящий из СН3СООН.
Буферные системы могут быть четырех типов:
1) Слабая кислота и ее анион:
Например: ацетатная буферная система
2) Слабое основание и его катион:
Например: аммиачная буферная система
3) Анионы кислой и средней соли:
Например: карбонатная буферная система
4) Смесь двух кислых солей:
Например: фосфатная буферная система
Механизм действия буферных растворов
Разберемся, на чем основаны свойства буферных растворов, на примере буферной смеси уксусной кислоты и ацетата натрия.
1) Разбавление водой
Предположим, что рассматриваемый раствор разбавляют водой в 10 или в 20 раз. Казалось бы, вследствие сильного уменьшения концентрации уксусной кислоты концентрация ионов Н + должна уменьшиться, но этого не происходит, потому что с разбавлением увеличивается степень диссоциации уксусной кислоты, так как уменьшается концентрация ацетата натрия, подавляющего диссоциацию уксусной кислоты этого раствора. Следовательно, при разбавлении водой рН практически не изменится.
2) Прибавление сильной кислоты
При добавлении к буферной смеси небольшого количества сильной кислоты, например, соляной, происходит реакция:
CH 3 COONa + НСl = NaCl + СН 3 СООН.
3) Прибавление небольшого количества щелочи
Прибавленная в буферную смесь щелочь вступает в реакцию с уксусной кислотой:
СН 3 СООН + NaOH = CH 3 COONa + Н 2 O.
Буферные системы (смеси или растворы) по составу бывают двух основных типов :
а) из слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием;
б) из слабого основания и его соли, образованной сильной кислотой.
, образующиеся при диссоциации этой соли, будут оказывать некоторое Угнетающее действие на диссоциацию уксусной кислоты.
Буферные растворы в зависимости от своего состава делятся на 2 основных типа: кислотные и основные.
31.Емкость буферных растворов и факторы, определяющие её. Буферные системы крови. Водородкарбонатный буфер. Фосфатный буфер.
Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Буферные смеси можно различить по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и оснований, вводимых в буферный раствор.
Количество кислоты или щелочи, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы значение его pH изменилось на единицу, называют буферной емкостью.
Таким образом, буферная емкость является количественной мерой буферного действия раствора. Буферный раствор имеет максимальную буферную емкость при pH = pK кислоты или основания, образующей смесь при соотношении ее компонентов, равном единице. Чем выше исходная концентрация буферной смеси, тем выше ее буферная емкость. Буферная емкость зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.
Нужно уметь правильно выбрать буферную систему. Выбор определяется необходимым интервалом pH. Зона буферного действия определяется силовым показателем кислоты (основания) ±1 ед.
При выборе буферной смеси необходимо учитывать химическую природу ее компонентов, так как вещества раствора, к которым добав-
ляется буферная система, могут образовывать нерастворимые соединения, взаимодействовать с компонентами буферной системы.
Классифицируйте её по составу и природе компонентов.
Укажите интервал значений рН, внутри которого эта система обладает буферной емкостью.
Напишите уравнения реакций, отражающих механизм её действия (ионная форма).
1.Состав и природа компонентов:
А)NН 4 ОН (NН 3 х Н 2 О)-гидроксид аммония, слабый электролит
Б) NН 4 С1 – соль, хлорид аммония, сильный электролит.
При добавлении к раствору гидроксида аммония хлорида аммония, соль как сильный электролит практически полностью диссоциирует на ионы:
NН 4 С1 > NН 4 + + С1-
и подавляет диссоциацию основания, равновесие которого смещается в сторону обратной реакции.
рН=14-4,74+lg(C 0 /Cc)=9,26+lg(C 0 /Cc). В зависимости от соотношения C 0 /Cc интервал значений рН составляет 8,26-10,26.
NH 4 OH+H + =NH 4 + +H 2 O
1. 3) Напишите схему реакции взаимодействия этаналя с метиламином.
Опишите механизм этой реакции.
Обоснуйте роль кислотного катализатора.
Объясните возможность протекания реакции гидролиза полученного имина в кислой и щелочной среде.
2.Механизм этой реакции –нуклеофильное присоединение с последующим отщеплением молекулы воды
3. Роль кислотного катализатора – протонирование на стадии а)
4. В присутствии разбавленных кислот иминыгидролизуются водой с образованием карбонильных соединений и аминов, эта реакция обратна реакции синтеза иминов:
В присутствии щелочи гидролиз не идет
Классификация термодинамических систем
3. Открытые обмениваются с ОС как веществом, так и энергией(организм, открытый сосуд с кипящей водой)
4. Закрытый –обменивается с ОС только энергией в форме теплоты или работы (газ в закрытом балоне)
По наличию поверхности раздела внутри ТС
1.Гомогенные – поверхность раздела отсутствует, все компоненты находятся водой фазе, все физические и химическиесв-ва в любой части объема одинаковы (смесь газов)
Параметры –величины, определяющие состояния ТС
По возможности непосредственного измерения
Основные параметры-параметры, которые можно измерить с помощью соотв-х приборов (m, V, C,плотность, объем)
Можно определить изменение значений функции состояния
Неравновесное- параметры меняются самопроизвольно(стакан с горячей водой)
Равновесное-параметры не меняются без внешних воздействий
Стационарное=постоянство параметров за счет внешних параметров (присуще жив организмам)
по постоянству параметров:
B)Изобарные (давление- const)
По знаку тепловому эффекта: экзотермические и эндотермические
По затрате Энергии : самопроизвольные, несамопроизвольные
Необратимые – все процессы не могут протекать в прямом и обратном направлениях через 1 и те же стадии.
Аммиачно буферный раствор зачем он нужен. Буферные системы, их классификация и механизм действия
В лабораторной практике часто приходится работать с растворами, которые имеют определенное значение рН. Такие растворы называют буферными.
Буферные растворы – растворы, рН которых практически не изменяется при добавлении к ним небольших количеств кислот и оснований или при их разбавлении.
Буферные растворы могут быть четырех типов:
1. Слабая кислота и её соль. Например, ацетатный буферный раствор СН 3 СООН + СН 3 СООNа (рН=4,7).
2. Слабое основание и его соль. Например, аммиачный буферный раствор NH 4 OH + NH 4 Cl (рН=9,2).
3. Раствор двух кислых солей. Например, фосфатный буферный раствор NaH 2 PO 4 + Na 2 HPO 4 (рН=8). В этом случае соль играет роль слабой кислоты.
Аминокислотные и белковые буферные растворы.
СН 3 СООNа + НСl = СН 3 СООН + NаСl
При добавлении к ацетатному буферному раствору щелочи (например, NaОН) происходит реакция:
СН 3 СООН + NaОН = СН 3 СООNа + Н 2 О
Буферная емкость – то предельное количество (моль) сильной кислоты или щелочи, которое можно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы рН его изменился не более чем на единицу.
Буферные свойства проявляются очень слабо, если концентрация одного компонента в 10 раз и более отличается от концентрации другого. Поэтому буферные растворы часто готовят смешением растворов равной концентрации обоих компонентов либо прибавлением к раствору одного компонента соответствующего количества реагента, приводящего к образованию равной концентрации сопряженной формы.
Для приготовления аммиачной буферной смеси смешивают 100 мл раствора NH 4 Cl с массовой долей его 10% и 100 мл раствора NH 4 OH с массовой долей 10% и разбавляют полученную смесь дистиллированной водой до 1 л.
Буферные растворы широко применяются в химическом анализе, биохимическом анализе для создания и поддержания определенного значения рН среды при проведении реакций.
Например, ионы Ва 2+ отделяют от ионов Са 2+ осаждением дихромат-ионами Сr 2 О 7 2- в присутствии ацетатного буферного раствора; при определении многих катионов металлов с помощью трилона Б методом комплексонометрии используют аммиачный буферный раствор.
Глава 6. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
Глава 6. ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
Изменение любого фактора, могущего влиять на состояние химического равновесия системы веществ, вызывает в ней реакцию, стремящуюся противодействовать производимому изменению.
6.1. БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ. КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ
Системы, поддерживающие протолитический гомеостаз, включают в себя не только физиологические механизмы (легочная и почечная компенсация), но и физико-химическое буферное действие, ионный обмен, диффузию. Поддержание на заданном уровне кислотно-основного равновесия обеспечивается на молекулярном уровне действием буферных систем.
Протолитическими буферными системами называются растворы, сохраняющие постоянное значение pH как при добавлении кислот и щелочей, так и при разведении.
По принадлежности слабого электролита буферной системы к классу кислот или оснований и по типу заряженной частицы они делятся на три типа: кислотный, основной и амфолитный. Раствор, содержащий одну или несколько буферных систем, называется буферным раствором. Буферные растворы можно приготовить двумя способами:
Частичной нейтрализацией слабого электролита сильным электролитом:
Смешиванием растворов слабых электролитов с их солями (или двух солей): CH 3 COOH и CH 3 COONa; NH 3 и NH 4 Cl; NaH 2 PO 4
При совмещении двух изолированных равновесий (ионизации кислоты и гидролиза по аниону) оказывается, что процессы, которые в них будут протекать при воздействии одних и тех же внешних факторов (добавлении ионов гидроксония и гидроксид-ионов), разнонаправле-ны. Кроме того, концентрация одного из продуктов каждой из совмещенных реакций влияет на положение равновесия другой реакции.
Протолитическая буферная система представляет собой совмещенное равновесие процессов ионизации и гидролиза.
Уравнение буферной системы выражает зависимость pH буферного раствора от состава буферной системы:
Анализ уравнения показывает, что величина pH буферного раствора зависит от природы веществ, образующих буферную систему, соотношения концентрации компонентов и температуры (так как от нее зависит величина pKa).
Согласно протолитической теории, кислоты, основания и амфоли-ты являются протолитами.
6.2. ТИПЫ БУФЕРНЫХ СИСТЕМ
Буферные системы кислотного типа
Буферные системы амфолитного типа
6.3. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ PH В ЭТИХ РАСТВОРАХ. УРАВНЕНИЕ ГЕНДЕРСОНА-ХАССЕЛЬБАХА
Уравнение показывает, что концентрация ионов водорода находится в прямой зависимости от К И, α, концентрации кислоты С к и в обратной зависимости от С с и соотношения С к /С с. Логарифмируя обе части уравнения и взяв логарифм со знаком минус, получим уравнение в логарифмической форме:
Уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем основного и амфолитного типов выводится на примере вывода уравнения для буферных систем кислотного типа.
Для буферной системы основного типа, например аммиачной, концентрацию катионов водорода в растворе можно рассчитать, исходя из константы кислотно-основного равновесия сопряженной кислоты
Уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем основного типа:
Данное уравнение можно представить в виде:
6.4. ЕМКОСТЬ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ И ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕЕ ФАКТОРЫ
Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Буферные смеси можно различить по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и оснований, вводимых в буферный раствор.
Количество кислоты или щелочи, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы значение его pH изменилось на единицу, называют буферной емкостью.
Таким образом, буферная емкость является количественной мерой буферного действия раствора. Буферный раствор имеет максимальную буферную емкость при pH = pK кислоты или основания, образующей смесь при соотношении ее компонентов, равном единице. Чем выше исходная концентрация буферной смеси, тем выше ее буферная емкость. Буферная емкость зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.
Нужно уметь правильно выбрать буферную систему. Выбор определяется необходимым интервалом pH. Зона буферного действия определяется силовым показателем кислоты (основания) ±1 ед.
При выборе буферной смеси необходимо учитывать химическую природу ее компонентов, так как вещества раствора, к которым добав-
ляется буферная система, могут образовывать нерастворимые соединения, взаимодействовать с компонентами буферной системы.
6.5. БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КРОВИ
Кровь содержит 4 основные буферные системы.
2.Белковая. На ее долю приходится 7% емкости.
3.Гемоглобиновая, на нее приходится 35% емкости. Она представлена гемоглобином и оксигемоглобином.
Гидратация и дегидратация СО 2 катализируется ферментом карбо-ангидразой, которая имеется в эритроцитах.
Основания также связываются буферным раствором крови и выделяются с мочой, главным образом в виде одно- и двузамещенных фосфатов.
В клиниках всегда определяют резервную щелочность крови.
6.6. ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ К ЗАНЯТИЯМ И ЭКЗАМЕНАМ
1.При совмещении каких протолитических равновесий растворы будут обладать буферными свойствами?
2.Дать понятие о буферных системах и буферном действии. Каков химизм буферного действия?
3.Основные типы буферных растворов. Механизм их буферного действия и уравнение Гендерсона-Хассельбаха, определяющее pH в буферных системах.
4.Основные буферные системы организма и их взаимосвязь. От чего зависит pH буферных систем?
5.Что называют буферной емкостью буферной системы? Какая из буферных систем крови обладает наибольшей емкостью?
6.Способы получения буферных растворов.
7.Выбор буферных растворов для медико-биологических исследований.
6.7. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Какая из предложенных систем является буферной?
б)H 2 SO 4 и NaHSO 4 ;
в)H 2 CO 3 и NaHCO 3 ;
2. Для какой из предложенных буферных систем соответствует расчетная формула pH = рК?
а)0,1 М р-р NaH 2 PO 4 и 0,1 М р-р Na 2 HPO 4 ;
б)0,2 М р-р H 2 CO 3 и 0,3 М р-р NaHCO 3 ;
в)0,4 М р-р NH 4 OH и 0,3 М р-р NH 4 Cl;
г)0,5 М р-р СН 3 СООН и 0,8 М р-р CH 3 COONa;
3. Какая из предложенных буферных систем является бикарбонатной буферной системой?
а) NH 4 OH и NH 4 Cl;
б)Н 2 СО 3 и КНСО 3 ;
в)NaH 2 PO 4 и Na 2 HPO 4 ;
г)СН 3 СOOН и СН 3 СООК;
4. При каких условиях pH буферной системы равна рК к?
а)когда равны концентрация кислоты и ее соли;
б)когда не равны концентрация кислоты и ее соли;
в)когда соотношение объемов кислоты и ее соли равно 0,5;
г)когда соотношение объемов кислоты и ее соли при одинаковых концентрациях не равно;
д)когда концентрация кислоты больше концентрации соли в 2 раза.
5. Какая из предложенных формул подойдет для расчета [Н+], для системы СН 3 СООН и СН 3 СOOК?
6. Какая из ниже перечисленных смесей входит в состав буферной системы организма?
в)NH 4 OH и NH 4 Cl;
г)H 2 CO 3 и NaНСО 3 ;
7. К какому типу кислотно-основных буферных систем относится белковый буфер?
а)слабая кислота и ее анион;
в)анионы 2 кислых солей;
д)ионы и молекулы амфолитов.
8. К какому типу кислотно-основных буферных систем относится аммиачный буфер?
а)слабая кислота и ее анион;
б)анионы кислой и средней соли;
в)анионы 2 кислых солей;
г)слабое основание и его катион;
д)ионы и молекулы амфолитов.
9. К какому типу кислотно-основных буферных систем относится фосфатный буфер?
а)слабая кислота и ее анион;
б)анионы кислой и средней соли;
в)анионы 2 кислых солей;
г)слабое основание и его катион;
д)ионы и молекулы амфолитов.
10. Когда белковая буферная система не является буфером?
а)в изоэлектрической точке;
б)при добавлении щелочи;
в)при добавлении кислоты;
г)в нейтральной среде.
Классификация буферных растворов
Различают естественные и искусственные буферные растворы. Естественным буферным раствором является кровь, содержащая гидрокарбонатную, фосфатную, белковую, гемоглобиновую и кислотную буферные системы. Искусственным буферным раствором может быть ацетатный буфер, состоящий из СН3СООН.
Буферные системы могут быть четырех типов:
1) Слабая кислота и ее анион:
Например: ацетатная буферная система
2) Слабое основание и его катион:
Например: аммиачная буферная система
3) Анионы кислой и средней соли:
Например: карбонатная буферная система
4) Смесь двух кислых солей:
Например: фосфатная буферная система
Механизм действия буферных растворов
Разберемся, на чем основаны свойства буферных растворов, на примере буферной смеси уксусной кислоты и ацетата натрия.
1) Разбавление водой
Предположим, что рассматриваемый раствор разбавляют водой в 10 или в 20 раз. Казалось бы, вследствие сильного уменьшения концентрации уксусной кислоты концентрация ионов Н + должна уменьшиться, но этого не происходит, потому что с разбавлением увеличивается степень диссоциации уксусной кислоты, так как уменьшается концентрация ацетата натрия, подавляющего диссоциацию уксусной кислоты этого раствора. Следовательно, при разбавлении водой рН практически не изменится.
2) Прибавление сильной кислоты
При добавлении к буферной смеси небольшого количества сильной кислоты, например, соляной, происходит реакция:
CH 3 COONa + НСl = NaCl + СН 3 СООН.
3) Прибавление небольшого количества щелочи
Прибавленная в буферную смесь щелочь вступает в реакцию с уксусной кислотой:
СН 3 СООН + NaOH = CH 3 COONa + Н 2 O.
Буферные системы (смеси или растворы) по составу бывают двух основных типов :
а) из слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием;
б) из слабого основания и его соли, образованной сильной кислотой.
, образующиеся при диссоциации этой соли, будут оказывать некоторое Угнетающее действие на диссоциацию уксусной кислоты.
Буферные растворы в зависимости от своего состава делятся на 2 основных типа: кислотные и основные.
31.Емкость буферных растворов и факторы, определяющие её. Буферные системы крови. Водородкарбонатный буфер. Фосфатный буфер.
Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Буферные смеси можно различить по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и оснований, вводимых в буферный раствор.
Количество кислоты или щелочи, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы значение его pH изменилось на единицу, называют буферной емкостью.
Таким образом, буферная емкость является количественной мерой буферного действия раствора. Буферный раствор имеет максимальную буферную емкость при pH = pK кислоты или основания, образующей смесь при соотношении ее компонентов, равном единице. Чем выше исходная концентрация буферной смеси, тем выше ее буферная емкость. Буферная емкость зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.
Нужно уметь правильно выбрать буферную систему. Выбор определяется необходимым интервалом pH. Зона буферного действия определяется силовым показателем кислоты (основания) ±1 ед.
При выборе буферной смеси необходимо учитывать химическую природу ее компонентов, так как вещества раствора, к которым добав-
ляется буферная система, могут образовывать нерастворимые соединения, взаимодействовать с компонентами буферной системы.
Классифицируйте её по составу и природе компонентов.
Укажите интервал значений рН, внутри которого эта система обладает буферной емкостью.
Напишите уравнения реакций, отражающих механизм её действия (ионная форма).
1.Состав и природа компонентов:
А)NН 4 ОН (NН 3 х Н 2 О)-гидроксид аммония, слабый электролит
Б) NН 4 С1 – соль, хлорид аммония, сильный электролит.
При добавлении к раствору гидроксида аммония хлорида аммония, соль как сильный электролит практически полностью диссоциирует на ионы:
NН 4 С1 > NН 4 + + С1-
и подавляет диссоциацию основания, равновесие которого смещается в сторону обратной реакции.
рН=14-4,74+lg(C 0 /Cc)=9,26+lg(C 0 /Cc). В зависимости от соотношения C 0 /Cc интервал значений рН составляет 8,26-10,26.
NH 4 OH+H + =NH 4 + +H 2 O
1. 3) Напишите схему реакции взаимодействия этаналя с метиламином.
Опишите механизм этой реакции.
Обоснуйте роль кислотного катализатора.
Объясните возможность протекания реакции гидролиза полученного имина в кислой и щелочной среде.
2.Механизм этой реакции –нуклеофильное присоединение с последующим отщеплением молекулы воды
3. Роль кислотного катализатора – протонирование на стадии а)
4. В присутствии разбавленных кислот иминыгидролизуются водой с образованием карбонильных соединений и аминов, эта реакция обратна реакции синтеза иминов:
В присутствии щелочи гидролиз не идет
Классификация термодинамических систем
3. Открытые обмениваются с ОС как веществом, так и энергией(организм, открытый сосуд с кипящей водой)
4. Закрытый –обменивается с ОС только энергией в форме теплоты или работы (газ в закрытом балоне)
По наличию поверхности раздела внутри ТС
1.Гомогенные – поверхность раздела отсутствует, все компоненты находятся водой фазе, все физические и химическиесв-ва в любой части объема одинаковы (смесь газов)
Параметры –величины, определяющие состояния ТС
По возможности непосредственного измерения
Основные параметры-параметры, которые можно измерить с помощью соотв-х приборов (m, V, C,плотность, объем)
Можно определить изменение значений функции состояния
Неравновесное- параметры меняются самопроизвольно(стакан с горячей водой)
Равновесное-параметры не меняются без внешних воздействий
Стационарное=постоянство параметров за счет внешних параметров (присуще жив организмам)
по постоянству параметров:
B)Изобарные (давление- const)
По знаку тепловому эффекта: экзотермические и эндотермические
По затрате Энергии : самопроизвольные, несамопроизвольные
Необратимые – все процессы не могут протекать в прямом и обратном направлениях через 1 и те же стадии.