Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Можно рассчитать концентрации Н' и ОН в таких условиях, пользуясь значением ионного произвеления воды: Км = (Н'ЦОН ] К„= (Н" ЦОН ] = (Н']а = (ОН-]' Решая это уравнение относительно Н', получаем |н'1- 'к„. — т тО~ м~ =77 10нМ (Н'] = (ОН ] =10 т М Так как ионное произвелепие воды является постоянной величиной, очевилно, что если концентрация ионов Н' превышает 1 10 т М, то концентрация ионов ОН должна быть меньше этой величины, и наоборот. Когда концентрация Н' очень высокая, как, например, в соляной кислоте„ концентрация ОН лолжпабытьоченьнизкой,по- К„.
= (Н ЦОН ] = (55,5 М) (1,8- 1О 'в М) = скольку их произведение — постоянная величина. Таким образом, используя численное значение ионного произведения воды, мы можем вычислить концентрацию Н', если известна концентрация ОН, и наоборот. ~ Пример 2-3 РАСЧЕТ [Н'1 Какова концентрация ионов Н' в О,1 М растворе 1чаОН? Решение. Запишем уравнение ионноп> произво- ления воды: Решая это уравнение относительно (Н'], получа- ем для (ОН ] = 0,1 М КМ 1 10™М' 10 "М' Н' (ОН ] 0,1 М 10-' М Какова концентрация ОН в растворе, содержа- шем 1,3. 10 ' М Н'? Решение.
Запишем уравнение ионноп1 произве- ленин волы: Решая это уравнение относителыпа (ОН ], получаем для (Н ] = 1,3 1О ' К„1 10г и М' 10 " Ма (Н'] 0,00013 М 1,3 10 "М При решении этих или любых других уравнений округзшйте результат ло необходимою числа зна- чащих цифр, как показано здесь. Шкала рН: обозначения концентраций ионов Н' и ОНШкала рН составлена на основе ионного произ- ведения воды К„(табл. 2-6).
Она представляет )92) Часть 1. 2. Вода 10Н-1 (М) РОН. 1н 1(м) рн ' Иногда яспольауетея такая форма выражения осповоостя (концентрация ОН ) раствора, хак РОН; яо опрелеленпю РОН = — !8[ОН ]. Заметьте, что всегла РН + РОН = ! 4. 1М )ЧаОН !3 Отбеливатель Нашатырный спирт !2 собой удобный способ обозначения концентраций Н', а следовательно, и ионов ОН, в любом волпом растворе в интервале межлу 1,0 М Н' и 1,0 М ОН .
Что же такое рН? 1 РН=!8 —,=-18(Н ) [Н') 10 -:ре)го~~~!я:"~.'.~ Раствор питьевой соды ()чаНСО3) Морская вола. яячпыя белок Человеческая кровь, слезы Молоко, слюпа где символ «р» означает отрицательный логарифм. Можно рассчитать рН нейтрального раствора при 25 С, в котором концентрация ионов Н ' равна 1 10': 7; гй йгрллыюя об:00 о: 6; 1 рН = !8 =7,0 10 107 Обратите внимание на то, что концентрация протонов лолжна быть выражена в молях (М). В случае нейтрального раствора рН = 7, и зто пс произвольно выбранная величина, а результат, полученный из ионного произведения воды при 25 'С, причем целое число получено расчетным путем.
Растворы с рН > 7 — щелочные, поскольку в них концентрация ОН больше концентрации Н', растворы с рН < 7 — кислые. Лимонный сок Желудочный сок 2- 1М НС! 100 (1) 10 ' 1О-' 10-3 1О ' 10-3 10-0 10-' 10-0 10-0 10-10 10 " 1О «3 10-!3 10 '« 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 10™ 10-!3 10 '3 10 " 10 '0 10 0 10-0 10-7 10-0 10-3 1О-' 10-3 10 3 10 ' 100 (1) 14 13 12 11 10 9 8 6 5 4 3 2 1 0 Важно понимать. что шкала рН вЂ” логарифмическая. Если говорят, что величины рН какихто двух растворов различаются на единицу, то зто означает, что концентрация Н' в одном нз них в 10 раз выше, чем в другом, хотя мы можем и не знать абсолютных значений рН зтих растворов.
На рис. 2-14 приведены значения рН для некоторых жидкостей. Заметьтс, что концентрация ионов Н' в кока-коле (рН 3,0) или красном вине (рн 3,7) примерно в 10 000 раз выше, чем в крови (рН 7,4). Для приблизительной оценки рН водного раствора можно использовать различные красители (индикаторы), например лакмус, фенолфталеип или феполовый красный, которые изменяют цвет при диссоциации протона из молекулы красителя. Точное определение РН в химической или клинической лаборатории осуществляют с помощью стеклянных злектролов, которые облаЛают селективностью по отношению к ионам Н', но не реагируют па присутствие попов )Ча, К' х 5~ ь - — -' —.--.: Черный кофе Пиво ::уайет«,'-И«втгде:::, Красное вимо 3 Кока-кола, уксус Рис. 2-14. рН (левая шкала) некоторых жидкостей.
2.2 Ионизация воды, слабые кислоты н слабые основания (93) других катионов. В приборе рН-метре сигнал от стеклянного электрода, опускаемого в измеряемый раствор, усиливается и сравнивается с сигналом, генерируемым раствором с точно известныы значением рН. И Измерение рН является одной нз наиболес важных и часто используемых в биохимии процедур, поскольку от рН зависит структура и действие многих биологических макромолекул, в частности каталитическая активность ферментов (рис.
2-21). Измерения рН крови и мочи — это рутинные процедуры, постоянно используемые в медицинской днапюстике. Например, у люлей, страдаюших тяжелой формой диабета, значение Олнооснокные кислоты Уксусная кислота (К„- 1,74 ° 1О.з М) СИ»С . "-" (*Н;С ° Н ГК" «76 Иоп аммония (К, = 5,62 ° 1Осю М ) ОК, 025 Даухоснокные кислоты. Упьзьная кислота (К„- 1,70 1О ' М); Бнкарбопат-нон (К„= 6,31 ° 10ан М) НСО«г=: СО,« Н пк,- ш„:» Н»СО, =-- НСО«: и ;»К,.: а77' кн гч* СНаС" ,-:=-.- СН,~..; Н 1 К„- 9.60 Н РО« -'= -" НРО»: Н пА,- 6,66 НРО' --:" РО . Н РК,, = 121 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1О 11 12 13 РН Рис.
2-15. Акцептор и донор протона составляют сопряженную кислотно-основную пару. Некоторые соединения, такие как уксусная кислота или ион аммония, являются одноосновными, т. е. при диссоциации могут отщепить лишь один протон. Существуют также двухосновные (угольная кислота (Н,СО,) или глицин) и трехосновные кислоты (например, фосфорная кислота (Н,РО,) ). Реакции диссоциации для нескольких сопряженных кислотно- основных пар, показанных на рисунке, расположены в соответствии с градиентом рН. Для каждой реакции приведены константы диссоциации (Х,) и показатели их отрицательных логарифмов (РК,).
Для объяснения кажущегося противоречия в значениях рК, угольной кислоты Н,СО, см. с. 99. Глицнн, карбоксн~руппа; О ' ' О (К„= 4,57 ' 1О-зМ); Глнцин,амнногруппа (К.-2,51 ° НГ а М) ОН О НКГ. 2,:И трехосновные кислоты; Фосфорная кислота (К„= 7,25 1О-а М); Днгнлрофосфат-нон . 'Н«РО, - Н«РО«ь Н (К„= 1,38 ° 1О т М); Моногнлрсфосфаг-ион: (К =398 10-~зМ) рН крови часто снижено по сравнению с нормальным значением 7,4. Такое состояние носит название ацидоза (ниже <ню описано более детально). При некоторых других заболеваниях рН крови может быть выше нормы; такое состояние называется алкалозом. Случаи сильного ацидоза или алкакша могут быть опасны для жизни.
° Слабые кислоты и основания характеризуются константами диссоциации Молекулы соляной, серной н азотной кислот, называемых обычно сильными кислотами, полностью ионизованы в разбавленных водных раство- [94] Часть 1. 2. Вода НА Н'+ А где [Е1'][А ] [НА] рах. Аналогичным образом, сильные основания ХаОН и КОН также полностью ионизованы. Однако для биохимии более важное значение имеют слабые кислоты и основания — те, которые не ионизованы полностью в водных растворах.
Они повсеместно встречюотся в биологических системах и принимают активное участие в метаболизмс и его регуляции. Поведение водных растворов слабых кислот и оснований легче понять, если снача- ла |к>знакомиться с некоторыми определениями. Кислоты можно определить как доноры протонов, а основания — как акцепторы протонов. Донор протона и соответствующий акцептор образуют сопряженную кислотно-основную пару (рис. 2-15). Примером сопряженной кислотно- основной пары являются уксусная кислота (СЕ!гСООН вЂ” донор протона) и ацетат-анион (СНзСОΠ— акцептор протона).
Они связаны между собой следующей обратимой реакцией: СНзСООН = Н'+ СНзСОО Харакгерная особенность каждой кислоты состоит в том, что в воде она теряет свой протон. Чем сильнее кислота, тем сильнее выражена эта тенденция. Способность лккгой кислоты НА отщеплять протон и образовывать сопряженное основание А характеризуется константой равновесия (К) обратимой реакции Константы равновесия реакций ионизации обычно называют константами иониаации или константами диссоциацни кислоты. Численные значения констант диссоциации некоторых кислот представлены на рис.
2-15. Более сильные кислоты, такие как фосфорная или угольная кислоты, имеют более высокие константы диссоциации, тогда как более слабые кислоты, такие как анион НРО,'", характеризуются более низкими значениями констант. На рис. 2-15 приводятся также значения рК„ которые по аналогии с рН определяются в соответствии с уравнением: Чем сильнее способность соединения отдавать протон, тем более сильной кислотой оно является и тем более низкое значение рК„ему соответству- ет. Как мы увидим далее, численное значение рК,, слабых кислот довольно легко определить.
Значения рк, слабых кислот можно определить из кривых титрования Для определения количества кислоты в данном растворе проводят титрование. Для этого к точно отмеренному объему раствора кислоты добавляют раствор сильного основания (обычно едкого патра ХаОН) с известной концентрацией. Раствор основания добавляют маленькими порциями до тех пор, пока не произойдет нейтрализация кислоты, что устанавливают по показаниям рН-метра или изменению окраски индикатора. Концентрацию кислоты в анализируемом растворе можно определить исходя из объема и концентрации добавленного раствора ХаОН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
