Буферные системы, классификация буферных систем

Необходимым условием функционирования любого организма является поддержание динамического постоянства его внутренних сред, т.е. гомеостаза. В ходе различных био­химических реакций в организме постоянно образуются или расходуются Н⁺ или ОН^-, по­этому значение рН внутренних сред должно непрерывно изменяться, но в результате со­гласованного действия различных систем организма (лёгких, печени, почек, органов пи­щеварения и др.) рН биологических жидкостей сохраняется постоянным.

Биологическая жидкость рН

Кровь 7,4 ± 0,5

Слюна 6,36 - 6,85

Моча 4,8 - 7,5

Желудочный сок 0,9 - 1,1

Слёзы 7,4

Грудное молоко 6,6 - 6,9

Особую роль в поддержании рН играют буферные растворы, которые состоят из одной или нескольких буферных систем.

Буферная система - это система, способная поддерживать постоянное значение рН при разбавлении её водой и при добавлении в неё определённых небольших количеств сильных ки­слот и оснований.

По составу буферные системы делят на 3 типа:

1) кислотные

2) основные

3) амфолитные

Кислотные буферные системы - это системы, состоящие из слабой кислоты и соли этой же кислоты, анион которой выполняет роль сопряжённого с ней основания. Примером может служить ацетатный буфер:

СН₃СООН + CH₃COONa

^{слабая кислота её соль- сильный электролит}

CH₃COONa → СН₃СОО ^- + Na⁺

^анион

СН_ЗСООН

^{кислота} сопряженная кислотно-основная пара

СН₃СОО ^-

^{основание}

Основная буферная система состоит из слабого основания и соли этого основания, ка­тион которого выполняет роль сопряжённой с ним кислоты. Примером является аммиач­ный (аммонийный) буфер:

NH₄OH + NH₄C1

^{слабое основание его соль - сильный электролит}

NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^-

^катион

NH₄OH

^{основание} сопряженная кислотно-основная пара

NH₄⁺

^{кислота}

Амфолитная буферная система - это система, образованная амфотерным соединением, т.е. соединением, для которого характерны свойства и кислоты и основания одновременно. Примером может служить водный раствор белка, биополимера, мономерами которого яв­ляются аминокислоты.

Белковую структуру можно представить в виде схемы:

(СОО^¯)_n

^{Функция основания}

R

(NH₃⁺)_m

^{Функция кислоты}

R –углеводородный остаток белковой молекулы.

От чего зависит рН буферной системы, разберём на примере ацетатного буфера.

К _{дисс.кислоты}

СН₃СООН ↔ СН₃СОО¯ + Н⁺ (1)

^{Слабый электролит}

CH₃COONа → СН₃СОО¯ + Na⁺ (2)

^{Сильный электролит}

В присутствии сильного электролита CH₃COONa, диссоциирующего на ионы полно­стью, равновесие диссоциации слабого электролита СН₃СООН подавляется (по правилу Ле-Шателье), поэтому [СНзСОО¯] = С_соли , а [СНзСООН] = С_{кислоты} .

[СН₃СОО¯]_*[Н⁺]

К_дисс= ----------------------=> [Н⁺]

[СН₃СООН]

К_{дисс кисл*} [СН₃СООН] К_{дисс.кисл *} С _кисл

[Н⁺] = -------------------------------= ----------------------

[СН₃СОО¯] С _соли

Прологарифмируем с отрицательным знаком:

С _кисл

- lg [Н⁺] = - lg К_{дисс кисл} – lg ------------

С _соли

С _соли

рH = рК_{кислоты} + lg -----------

С _кисл

Полученное уравнение носит название уравнения Гендерсона -Хассельбаха для расчета рН кислотных буферных систем.

Для основных буферных систем: