Тема 11. Буферные растворы и их свойства Медико-биологическое значение темы

Для поддержания кислотно-щелочного баланса жидких сред в живых организмах служат различные буферные системы. Главными из них являются гидрокарбонатная, гидрофосфатная, белковая и гемоглобиновая. Действия всех буферных систем организма взаимосвязаны, что обеспечивает постоянное значение рН. Особо важным является поддержание рН крови (7,4±0,05). Кислотно-основные пары, выполняющие роль буферных систем крови, распределяются между плазмой и эритроцитами. Буферное действие плазмы обеспечивается преимущественно гидрокарбонатной системой (38%). Буферное действие эритроцитов в основном обеспечивается гемоглобиновой буферной системой (35%)

Гидрофосфатная буферная система содержится не только в крови, но и во внутриклеточной жидкости тканях, слюне. Особо важную роль она играет в физиологических процессах, протекающих в почках.

Дыхательная система и ренальная регуляция (деятельность почек) помогают буферным системам корректировать постоянство рН жидких сред. Нарушение кислотно-основного равновесия может быть вызвано нарушениями в процессах метаболизма, при ослаблении деятельности почек или легких. Такое нарушение приводит или к увеличению рН в жидких системах (алкалоз), либо к уменьшению рН (ацидоз). В благоприятных условиях компенсация рН происходит за счет восстановления деятельности легких и почек.

Таблица 10. Основные параметры, используемые для характеристики буферных растворов

Параметр	Обозначение, единица	Смысловое значение
рH кислотной буферной системы	рН= рКа+lg ρН = ρКа +lg рН= рКа + lg	Кислотный буферный раствор содержит слабую кислоту (донор протона) и соль этой кислоты (акцептор протона)
рH основной буферной системы	рН= рКа+lg ρН =pКа +lg рН = 14 – (ρКb +	Основной буферный раствор содержит слабое основание (акцептор протона) и соль этого основания (донор протона)
Буферная емкость по кислоте		Число моль-эквивалентов сильной кислоты, которое нужно добавить к одному литру буферного раствора, чтобы изменить величину рH на единицу
Буферная емкость по основанию		Число моль-эквивалентов щелочи, которое нужно добавить к одному литру буферного раствора, чтобы изменить величину рН на единицу

Обучающие задачи с решениями

1..Как изменится рН, если к ацетатному буферному раствору, состоящему из 100 мл кислоты и 100 мл раствора соли c концентрациями компонентов по 0,1 моль/л, прибавить 10 мл раствора с концентрацией гидроксида натрия 0,1 моль/л рК_а=4,76?

Решение: Ацетатный буфер состоит из уксусной кислоты и соли – ацетата натрия, т.е. сопряженной пары CH₃COOH/CH₃COO^-.При добавлении сильного основания положение равновесия в растворе

CH₃COOH ↔ CH₃COO^- + H⁺

будет сдвинуто вправо, так как уксусная кислота будет взаимодействовать с добавленными гидроксид-ионами:

CH₃COOH + OH^- → CH₃COO^- + H₂O

рН = рК_а +

рН = 4,76 + = 4,76

Количество израсходованной кислоты равно количеству добавленной щелочи, а количество ацетат-ионов (соли), соответственно, на эту же величину возрастает; в связи с этим уравнение Гендерсона-Гассельбаха принимает вид

рН = рKa(CH₃COOH) +

pH= 4,76 + lg

∆ ρН = 4,85-4, 76 = 0,09

Этот результат демонстрирует возможность буферной системы достаточно стойко сохранять постоянство рН.

Ответ: рН изменится на 0,09 ед.

2.Определите в каком соотношении находятся компоненты фосфатной и гидрокарбонатной буферных систем в плазме крови при рН=7,36, если для плазмы рК_а(H₂PO^-₄) = 6,8; рК_аI(H₂CO₃) = 6,3.

Решение:

рН (= рКа(НРО^-₄) + ;

рН (= рКа(Н₂СО₃) + ;

= 7,36 – 6,8 = 0,56;

= 7,36 – 6,3 = 1,06;

И в фосфатной, и гидрокарбонатной буферных системах сопряженных оснований больше, чем кислот, что необходимо для живых организмов, в результате метаболизма которых образуется значительно больше кислот, чем оснований.

Ответ: исходные компоненты фосфатной и гидрокарбонатных буферных систем (основание: кислота) находятся соответственно в соотношениях: 3,63:1 и 11,48:1.

3. К 100 мл крови для изменения рН от 7,36 до 7,00 надо добавит 3,6 мл соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л. Какова буферная емкость крови по кислоте?

Решение: буферная емкость определяется числом моль эквивалентов сильной кислоты или щелочи, которое надо добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу:

ƒ_экв(НCl) = 1, поэтому С_(НCl) = С_1/z(НCl)

Ва =

Ответ: буферная емкость по кислоте составляет 0,01 моль/л.