pH si solutii tampon

1.Notiunea de pH

Ionul de hidrogen H⁺ ocupa o pozitie speciala in mediile biologice (celule, sange, lichid interstitial), datorita faptului ca reactiile biochimice care se petrec in conditii compatibile cu viata, se desfasoara in limite strict determinate ale concentratiei ionilor de hidrogen.

Notiunea de pH introdusa de catre Sörensen, reprezinta o marime, prin care se poate caracteriza reactia acida, neutra sau bazica a unei solutii, respectiv a unui mediu biologic. pH-ul reflecta deci aciditatea unei solutii, respectiv numarul de ioni de hidrogen existenti in stare libera.

-pH-ul este definit ca logaritmul zecimal cu semn schimbat al concentratiei ionilor de hidrogen.

pH = -log [H⁺]

La notiunea de pH s-a ajuns pornind de la disocierea ionica    a apei. In conditii de puritate extrema, apa sufera fenomenul de disociere electrolitica, intr-o proportie foarte redusa, formand ioni de H⁺ ,respectiv hidroniu (H₃O⁺) si ioni de OH^-.

se numeste produsul ionic al apei:

Pe baza determinarilor de conductibilitate electrica a apei, s-a calculat valoarea , care la temperatura de 22⁰C este de 1.10^-14 ,deci:

Apa pura fiind neutra, concentratiile de H⁺ si de OH^- sunt egale:

Generalizand, daca se cunoaste concentratia ionilor de hidrogen dintr-o solutie se cunoaste caracterul ei si anume:

[H⁺] = 10 ^-7 - solutie neutra pH=7

[H⁺] > 10 ^-7 - solutie acida pH<7

[H⁺] < 10 ^-7 - solutie bazica pH>7

pH-ul exprima aciditatea sau bazicitatea solutiilor. Scara pH-ului este cuprinsa intre 0 si 14. O solutie acida are pH < 7, o solutie neutra are pH =7, iar solutia bazica are pH >7.

Cu cat valoarea pH-ului este mai mica, cu atat solutia este mai acida, iar cu cat pH-ul este mai mare, solutia este mai bazica.

Cunoasterea pH-ului diferitelor lichide biologice prezinta o importanta deosebita pentru biochimie, fiziologie sau patologie, deoarece diferitele reactii biochimice din organismele vii se desfasoara la un anumit pH (pH optim). De exemplu, pH-ul sangelui este 7.2 (usor alcalin), pH-ul sucului gastric =1.5-2.5 (puternic acid) pH-ul salivei =6.2. Modificarea pH-ului unor lichide biologice poate indica o anumita stare patologica, putand contribui la precizarea unui diagnostic.

2. Solutii tampon

Reactiile biochimice din organismul animal se petrec la anumite valori ale pH-ului, care trebuie mentinute la valori cat mai constante. Acest lucru este posibil datorita existentei sistemelor tampon.

Solutiile tampon sunt amestecuri de electroliti, care au proprietatea de a mentine pH-ul constant la adaugarea unor cantitati limitate de acizi sau baze, sau prin diluarea moderata. Proprietatea solutiilor tampon de a se opune modificarii pH-ului in aceste conditii se numeste putere de tamponare.

Exista diferite categorii de amestecuri tampon si anume:

a)     amestecuri de acizi slabi cu sarurile acestor acizi cu baze tari;

exemple: acid acetic + acetat de sodiu

acid carbonic + bicarbonat de sodiu

b)     amestecuri de baze slabe cu saruri ale acestor baze cu acizi tari :

- hidroxid de amoniu + clorura de amoniu

c)     amestecuri de saruri primare si secundare ale unor acizi polibazici:

- fosfat primar de sodiu + fosfat secundar de sodiu.

2.1. Mecanismul de actiune al solutiilor tampon

Mecanismul de actiune al amestecurilor tampon este urmatorul:

Consideram solutia tampon formata prin amestecul unui acid slab cu sarea sa cu o baza tare:

(CH₃COOH +CH₃COONa)

Acidul slab este partial disociat, in timp ce baza este practic total disociata. In solutie se adauga un acid tare, deci ioni de H⁺. Acestia se vor combina cu anionii sarii (CH₃COO^-) formand CH₃COOH, foarte putin disociat:

(CH₃COO ^-‑ + H ⁺) + (CH₃COO ^- + Na⁺) + (H ⁺ + Cl ^-)    2CH₃COOH + (Na⁺ + Cl ^-)

Ionii de H⁺, care confera unei solutii caracterul acid, vor fi implicati in formarea CH₃COOH putin disociat. Deci, solutia tampon, la adausul unei cantitati moderate de acid tare, nu-si va modifica practic pH-ul.

Daca in aceeasi solutie se va adauga o baza tare, deci ioni de OH ^- , acestia vor forma apa, de asemenea extrem de putin disociata.

(CH₃COO^- + H ⁺) + (CH₃COO ^- + Na ⁺) + (Na⁺ + OH ^-) H₂O + 2 CH₃COO^- + Na⁺

Prin urmare, adausul de baza tare intr-o solutie tampon, nu va determina cresterea semnificativa a pH-ului.

Solutiile tampon sunt utilizate la prepararea unor solutii cu pH cunoscut sau pentru mentinerea unui mediu de reactie in limite de pH cunoscute.

Sistemele tampon insa joaca un rol deosebit de important pentru organismele vii. Astfel, in organismul animal pH-ul diferitelor lichide biologice se mentine in jurul unor valori constante, datorita unor sisteme tampon. In sange, acestea sunt urmatoarele:

-acidul carbonic - bicarbonatul de sodiu;

-fosfatul primar de Na - fosfatul secundar de Na;

-proteina - proteinatul de Na sau K;

-hemoglobina - hemoglobinat de Na si K.

Intrebari si aplicatii

Ce se intelege prin bioelemente? Dar prin biomolecule?

Care sunt principalele macrobioelemente? Dar microelemente?

Denumiti si caracterizati biomoleculele anorganice

Care sunt clasele de biomolecule organice?

Care sunt legaturile chimice care se stabilesc intre atomii unei biomolecule?

Definiti si caracterizati legatura covalenta, ionica si coordonativa

Ce se intelege prin notiunea de pH?

Ce este o solutie tampon?

Intrebari de autocontrol

1. Macrobioelementele reprezinta:

a) 99% din totalul bioelementelor

b) 50% din totalul bioelementelor

c) 25% din totalul bioelementelor

2. Sunt macroelemente:

a) Ca, N, P, Mg

b) Br, I, Co, Ni, Fe

c) V, Cu, Mn, Mo, Zn

3. Apa reprezinta:

a) 60% din masa corporala a animalelor

b) 20% din masa corporala a animalelor

c) 80% din masa corporala a animalelor

4. Corpul animalelor contine:

a) 0,2-0,5% saruri

b) 3-5% saruri

c) 20-25% saruri

5. Sarurile minerale sunt prezent majoritar in:

a) sange

b) ficat

c) schelet

Raspunsuri la intrebari de autocontrol

1.a 2.a 3.a 4.b 5.c