Количественная характеристика кислот и оснований по теории Бренстеда – Лоури.

Пример 1:

СН₃СООН + НОН ↔ СН₃СОО^- + Н₃О⁺

кислота основание сопряж. основание сопряж. кислота

Поскольку этот процесс обратим, то он характеризуется равновесием:

К_с = [СН₃СОО^-]·[Н₃О⁺] / [СН₃СООН]·[НОН]

К_с · [Н₂О] = [СН₃СОО^-]·[Н₃О⁺] / [СН₃СООН]

К_а = [СН₃СОО^-]·[Н⁺] / [СН₃СООН] – константа кислотности

Чем больше константа кислотности, тем сильнее кислота, например: К_а (СН₃СООН) = 1,75·10^-5; К_а (Н₂СО₃) = 4,7·10^-7.

Так как величины констант кислотности очень малы, то удобнее использовать не абсолютные значения констант кислотности, а их отрицательные логарифмы – показатели кислотности - рК_а.

рК_а = -lg К_а

рК_а (СН₃СООН) = -lg 1,75·10^-5 = 4,76

рК_а (Н₂СО₃) = -lg 4,7·10^-7 = 6,33

Чем больше показатель кислотности, тем слабее кислота и наоборот.

Пример 2:..

NH₃ + HOH ↔ NH₄⁺ + OH^-

основание кислота сопряж. кислота сопряж. основание

К_с = [NH₄⁺]·[ОH^-] / [NН₃]·[НОН]

К_с · [НОН] = [NH₄⁺]·[ОH^-] / [NН₃]

К_в = [NH₄⁺]·[ОH^-] / [NН₃] – константа основности.

Чем выше константа основности, тем сильнее основание. Так как величины констант основности очень малы, то удобнее использовать не абсолютные значения констант основности, а их отрицательные логарифмы – показатели основности – рК_в.

рК_в = -lg К_в

Чем меньше показатель основности, тем сильнее основание и наоборот.

№ 77. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели, рН биологических жидкостей.

К_w = [ОН^-]·[Н⁺] – ионное произведение воды.

К_w = 1·10^-14 моль/л.

В воде [H⁺] = [ОН^-] = 1·10^-7 моль/л; 10^-1 ÷ 10^-5 – кислая среда, 10^-5 ÷ 10^-7 – слабокислая среда, 10^-7 – нейтральная среда, 10^-7 ÷ 10^-9 – слабощелочная среда, 10^-9 ÷ 10^-14 – щелочная среда.

На практике чаще пользуются не абсолютным значением ионного произведения воды, а отрицательным логарифмом равновесной концентрации ионов водорода или гидроксид ионов.

рН = -lg [H⁺]; рОН = -lg [ОН^-]

рН + рОН = 14

Если для водных растворов рН = 1 ÷ 5 – кислая среда; рН = 5 ÷ 7 – слабокислая среда; рН = 7 – нейтральная среда; рН = 7 ÷ 9 – слабощелочная среда; рН = 9 ÷ 14 – щелочная среда.

Внутренняя среда организма характеризуется постоянством концентрации ионов водорода. Это явление называют изогидрия. Например: рН крови = 7,1 ÷ 7,2; желудочного сока = 0,9 ÷ 1,1; пузырной желчи = 5,4 ÷ 6,9; грудного молока = 6,6 ÷ 6,8; слезной жидкости = 7,4.

№ 78. Расчет рН и рОН сильных и слабых электролитов. Изменение рН органов и тканей при различных заболеваниях. Ацидоз. Алкалоз. Способы их устранения.

рН_{слабой кислоты} = ½ рК_а – ½ lg С(f_э)_{кислоты}

рН_{слабого основания} = 14 – ½ рК_в + ½ lg С(f_э)_{основание}

Изменения рН приводит к нарушению деятельности ферментов, регуляции осмотического давления и может приводить даже к гибели клеток. Сдвиг рН в кислую сторону, называется ацидоз, а в щелочную – алкалоз. Так при сахарном диабете (кетоацидоз) наблюдается ацидоз, а при потери кислоты в случае неукротимой рвоты - алкалоз. Постоянство рН внутренних сред организма поддерживается работой почек, легких, печени – физиологический механизм, но основную роль играет химический механизм – за счет буферных систем.

Если в организме происходит сдвиг рН, то необходимо проводить коррекцию кислотно-основного равновесия. При ацидозе применяют 4% раствор гидрокарбоната натрия внутривенно. При алкалозе вводят от 5 до 15 мл 5% раствора аскорбиновой кислоты.

№ 79. Буферные системы. Механизм буферного действия систем I и II типа. Расчет рН буферных систем.

Буферная система (БС) – это равновесная система, поддерживающая постоянство рН при добавлении небольшого количества кислоты или основания, разбавлении водой.

1 тип: это протолитические системы, состоящие из раствора слабой кислоты и избытка сопряженного с ней основания.

СН₃СООН + НОН ↔ СН₃СОО^- + Н₃О⁺

кислота основание сопряж. основание сопряж. кислота

СН₃СООNa ↔ СН₃СОО^- + Na⁺

соль избыток сопряж. основания

Примеры буферных систем: СН₃СООNa / СН₃СООН – ацетатная; NaHCO₃ /H₂CO₃ – бикарбонатная; Na₂CO₃ /H₂CO₃ – карбонатная; Na₂HPO₄ / NaH₂PO₄ – фосфатная; белковая; гемоглобиновая.

Механизм действия. Если в ацетатную буферную систему ввести некоторое количество кислоты, то она сразу же будет взаимодействовать с ацетатом натрия, образуя кислоту буферной системы и соль, которые не изменят рН среды.

СН₃СООNa / СН₃СООН + HCl → СН₃СООН + NaCl

При добавлении щелочи гидроксид ионы будут взаимодействовать с кислотой, образуя соль буферной системы и воду, которые не изменят рН среды.

СН₃СООNa / СН₃СООН + NaОH → СН₃СООNa + Н₂О

Действие буферной системы будет определяться соотношением ее компонентов.

СН₃СООН ↔ СН₃СОО^- + Н⁺

К_д = [СН₃СОО^-]·[Н⁺] / [СН₃СООН]

[Н⁺] = К_д · [СН₃СООН] / [СН₃СОО^-]

-lg[Н⁺] = -lg К_д · -lg ([СН₃СООН]/[СН₃СОО^-])

рН = рК_а - lg ([СН₃СООН]/[СН₃СОО^-])

рН = рК_а - lg (С_{кислоты}/С_соли) = рК_а + lg (С_соли / С_{кислоты}) – уравнение для расчета рН БС.

Буферная система может состоять из двух солей, но одна из них будет выполнять роль кислоты, например фосфатная БС - Na₂HPO₄ / NaH₂PO₄ – соль/кислота.

2 тип: это протолитические системы, состоящие из раствора слабого основания и избытка сопряженной с ним кислоты или соли сильной кислоты.

NH₃ + HOH ↔ NH₄⁺ + OH^-

основание кислота сопряж. кислота сопряж. основание

NH₄Cl ↔ NH₄⁺ + Cl^-

соль избыток сопр. кислоты

NH₄ОН / NH₄Cl – аммиачная БС, состоит из слабого основания и соли сильной кислоты.

Механизм действия. Если в аммиачную буферную систему ввести некоторое количество кислоты, то она сразу же будет взаимодействовать с основанием, образуя соль и воду, которые не изменят рН среды.

NH₄ОН / NH₄Cl + HCl → NH₄Cl + Н₂О

При добавлении щелочи гидроксид ионы будут взаимодействовать с солью, образуя основание и соль, которые не изменят рН среды.

NH₄ОН / NH₄Cl + NaОH → NH₄ОН + NaCl

Действие буферной системы будет определяться соотношением ее компонентов.

NH₄ОН → NH₄⁺ + OH^-

рН = 14 – рК_в + lg (С_{основания}/С_соли)

№ 80. Буферное действие. Буферная емкость. Расчет буферной емкости по кислоте и по основанию. Факторы, влияющие на буферную емкость.

Буферной ёмкостью – В – величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении сильных кислот или сильных оснований. Равна количеству вещества эквивалента сильной кислоты или сильного основания, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить значение рН на единицу.

В_а = n(f_э)_{кислоты} / (V_{буферного раствора}∙∆рН) = (С(f_э)_{кислоты}∙V_{кислоты}) / (V_{буферного раствора}∙(рН₂ – рН₁))

В_в = n(f_э)_{основания} / (V_{буферного раствора}∙∆рН) = (С(f_э)_{основания}∙V_{основания}) / (V_{буферного раствора}∙(рН₂ – рН₁)).

Буферная емкость зависит от ряда факторов:

1. Чем больше количество компонентов кислотно-основной пары основание/сопряженная кислота в растворе, тем больше буферная емкость этого раствора.

2. БЕ зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буферного раствора.

№ 81. Буферные системы крови. Сравнительная буферная емкость буферных систем крови. Бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая буферные системы. Механизм действия. Формулы для расчета.

В организме человека работают 4 основные буферные системы.

1. Гемоглобиновая В = 34∙10^-3 моль/л.

2. Белковая В = 4,5∙10^-3 моль/л.

3. Бикарбонатная В = 2,5∙10^-3 моль/л.

4. Фосфатная В = 0,5∙10^-3 моль/л.

Бикарбонатная БС - NaHCO₃ / H₂CO₃. Эта система работает в легких. При действии кислоты или основания происходят следующие изменения:

NaHCO₃ + HCl → H₂CO₃ + NaCl

H₂CO₃ + NaOH → NaHCO₃ + H₂O

pH = рК_а(H₂CO₃) + lg (С(NaHCO₃) / С(H₂CO₃))

рК_а(H₂CO₃) = 6,36

7,2 = 6,36 + lg (20/1)

Фосфатная БС - Na₂HPO₄ / NaH₂PO₄. Работает в моче, желудочном соке.

Na₂HPO₄ + HCl → NaH₂PO₄ + NaCl

NaH₂PO₄ + NaOH → Na₂HPO₄ + H₂O

pH = рК_а(NaH₂PO₄) + lg (С(Na₂HPO₄) / С(NaH₂PO₄))

рК_а(NaH₂PO₄) = 6,86

7,1 = 6,86 + lg (3/1)

Белковая БС состоит из протеина и сопряженного с ним основания. Буферная ёмкость определяется белками плазмы и зависит от концентрации белков.

COOH _{кислота} COO^- _{сопряженное основание}

Pt.. ↔ Pt..

NH_{2 основание} NH₃⁺ _{сопряженная кислота}

белковое основание белковая соль

COOH COOH

Pt.. + HCl → Pt..

NH₂ NH₃Cl

COO^- COONa

Pt.. + NaOH → Pt.. + H₂O

NH₃⁺ NH₂

рН = 14 – рК_в + lg (С_{основания}/С_соли)

Буферная ёмкость белковой буферной системы высока по кислоте, но мала по основанию.

Гемоглобиновая БС находится в эритроцитах. Эта система состоит из 4 компонентов и поэтому имеет самую большую буферную ёмкость:

ННв + Н₂О ↔ Нв^- + Н₃О⁺

ННвО₂ + Н₂О ↔ НвО₂^- + Н₃О⁺

ННв – гемоглобиновая кислота, ННвО₂ – оксигемоглобиновая кислота.

Механизм действия. Разберем на процессах, происходящих в легочных и тканевых капиллярах. Когда венозная кровь попадает в легкие под большим парциальным давлением, то гемоглобиновая кислота взаимодействует с кислородом, образуя оксигемоглобиновую кислоту:

ННв + О₂ → ННвО₂

Оксигемоглобиновая кислота, как более сильная, взаимодействует с гидрокарбонат ионами, которые поступают в кровь из тканевых капилляров:

ННвО₂ + НСО₃^- → НвО₂^- + Н₂СО₃

Суммарный процесс в легких:

ННв + О₂ + НСО₃^- → НвО₂^- + Н₂СО₃ (Н₂О+СО₂)

Артериальная кровь, обогащенная анионами оксигемоглобиновой кислоты, из легких разносится в капилляры тканей, где происходит высвобождение кислорода:

НвО₂^- → Нв^- + О₂

Угольная кислота, образовавшаяся в процессе дыхания, взаимодействует с анионом гемоглобиновой кислоты:

Нв^- + Н₂СО₃ → ННв + НСО₃^-

Суммарный процесс:

НвО₂^- + Н₂СО₃ → ННв + НСО₃^- + О₂

№82. Показатели кислотно-основного состояния: рН крови; рСО₂; рО₂ артериальной крови; стандартный бикарбонат плазмы крови; буферные основания; ВЕ(избыток оснований).

№84. Вычислите степень диссоциации и рН уксусной кислоты, если К_а (СН₃СООН) = 1,8·10^-5, С СН₃СООН)= 0,18 моль/л.

№85. Определите концентрацию ионов водорода в плазме крови, если рН =7,3.

№86. Определите рН буферного раствора, который получен смешиванием 0,1 моль/л раствора NH₄Cl и 0,1 моль/л раствора NH₄OH в соотношении: а) 1:1, б) 1:4, в) 4:1. K_В(NH₄OH) = 1,79·10^-5.

№88. Буферная емкость по кислоте 0,05 моль/л, рассчитайте, какой объем хлороводородной кислоты концентрацией 0,1 моль/л необходимо добавить к 1 л крови, чтобы уменьшить ее рН с 7,35 до 7,1?

№ 91. Комплексные соединения. Координационная теория Вернера. Строение комплексных соединений. Классификация и номенклатура. Получение комплексных соединений. Пространственная изомерия комплексных соединений.

Комплексные соединения – вещества, молекулы которых состоят из внутренней сферы (комплексных ионов) - центрального атома или иона металла (комплексообразователя), непосредственно связанного с определенным (координационным - кч) числом других молекул или ионов (лигандов), и внешней сферы – ионов противоположного знака. К[MeL_n], [MeL_n]A.