O TYM DLACZEGO CYTRYNA NAS NIE ZABIJA

O TYM DLACZEGO CYTRYNA NAS NIE ZABIJA
Czyli roztwory buforowe w organizmie człowieka
Izabela Pisula i Sandra Sawicka, VII LO we Wrocławiu
Organizm ludzki funkcjonuje dzięki licznym reakcjom chemicznym. Reakcje te zachodzą przy udziale biokatalizatorów – substancji wpływających na
przyspieszenie bądź zwolnienie szybkości reakcji. Do prawidłowego funkcjonowania tych substancji potrzebne jest określone środowisko. Jedną z cech
środowiska jest wielkośd pH. Niewielkie zmiany pH obniżają szybkośd reakcji, ponieważ wpływając na stopieo jonizacji enzymu i substratu, zmieniają
warunki tworzenia się kompleksu enzym-substrat. Natomiast środowisko silnie kwaśne lub silnie zasadowe często działa denaturująco, nieodwracalnie
niszcząc wiązania stabilizujące cząsteczkę enzymu. Dlatego też organizm nasz przeprowadza odpowiednie reakcje stabilizujące pH środowiska, reakcje te
zachodzą dzięki tzw. roztworom buforowym.
Na czym polega działanie roztworów buforowych?
Doświadczenie
Użyte odczynniki:
- mieszanina 1:1 1M CH3COONa oraz 1M CH3COOH
- oranż metylowy
-fenoloftaleina
- woda destylowana
Wnioski:
Przedstawiony w doświadczeniu r-r jest buforem kwasowym. Roztwór buforowy
kwasowy : roztwór słabego kwasu i jego soli z mocną zasadą (r-r słabego kwasu i
sprzężonej z nim zasady).
CH3COOH + H2O
H3O+ + CH3COOCH3COONa
CH3COO- + Na+
- Dodając do buforu mocnego kwasu, dostarczamy dodatkowe jony H3O+ . Aby
zachowana została równowaga, oddają one proton cząsteczkom CH3COO- w wyniku
czego powstają obojętne cząsteczki CH3COOH. W ten sposób stężenie jonów
wodorowych, a tym samym pH, praktycznie się nie zmienia.
-Gdy dodamy mocnej zasady, jony OH- są usuwane poprzez przeniesienie protonu z
cząsteczki CH3COOH, w wyniku czego powstaje cząsteczka wody i anion CH3COO-.
Stężenie OH- pozostaje praktycznie bez zmian, a tym samym stałe pozostaje stężenie
jonów wodorowych i pH.
Istnieje również roztwór buforowy zasadowy: roztwór słabej zasady i jego soli z
mocnym kwasem (r-r słabej zasady i sprzężonego z nim kwasu).
Np. r-r i NH3∙H2O i NH4Cl
Po dodaniu kwasu, roztwór zmienia odczyn z obojętnego na kwaśny
(oranż metylowy zmienia barwę z żółtej na pomaraoczową)
Po dodaniu zasady, następuje zmiana odczynu roztworu na zasadowy
(fenoloftaleina barwi się na malinowo)
Po dodaniu kwasu odczyn pozostaje bez zmian (brak zmian barwnych)
Po dodaniu kwasu odczyn pozostaje bez zmian (brak zmian barwnych)
NH3∙H2O NH4+ + OHNH4Cl NH4+ + Cl- Gdy do roztworu dodamy mocnego kwasu, do roztworu dostają się jony H3O+, które
oddają swój proton cząsteczkom NH3 tworząc jony NH4+. Tak jak w buforze kwasowy,
stężenie jonów wodorowych, a tym samym pH zmieniają się jedynie nieznacznie.
-Kiedy wraz z roztworem mocnej zasady wprowadzane są jony OH- przyłączają one do
siebie proton z jonu NH4+ tworząc NH3 i H2O. Wzrasta stężenie amoniaku, lecz stężenie
OH- w buforze, a tym samym jonów wodorowych praktycznie nie zmienia się. Tak więc
wartośd pH jedynie w minimalnym stopniu ulega zmianie.
Pojemnośd buforowa
Roztwór początkowo nie zmienia barwy,
dopiero po dodaniu większej ilości zasady
pojawia się barwa malinowa co oznacza,
ze pH roztworu znacznie wzrosło.
Roztwór początkowo nie zmienia barwy,
dopiero po dodaniu większej ilości kwasu
pojawia się barwa czerwona co oznacza,
że pH roztworu znacznie zmalało.
Wnioski: pH roztworu buforowego nie zmienia swej wartości tylko przy dodawaniu
niewielkiej ilości mocnego kwasu/ zasady. Po dodaniu większej ilości mocnego kwasu/
zasady roztwór buforowy traci swoje właściwości buforujące. Dzieje się tak, gdyż
zostaje przekroczona pojemnośd buforowa. Określa ona, ile kwasu lub zasady
możemy dolad do buforu nie zmieniając pH środowiska. Po przekroczeniu pojemności
buforowej słaby kwas całkowicie ulega dysocjacji i bufor przestaje istnied.
Bufory w organizmie człowieka
W organizmie człowieka bardzo ważnym buforem jest bufor wodorowęglanowy. Jest to mieszanina H2CO3 i HCO3- w stosunku 1:20.
CO2+ H2O H++ HCO3Odpowiada on za transport CO2, który to rozpuszcza się we krwi, tworząc nietrwały kwas węglowy, następnie dysocjuje tworząc kationy wodorowe i anion wodorowęglanowy.
Układ przedstawiony jest w stanie równowagi dynamicznej.
Buforujący układ wodorowęglanowy jest ściśle powiązany z narządem wymiany gazowej oraz nerkami. Nadmiar powstającego kwasu węglowego jest łatwo wydalany przez
płuca w postaci dwutlenku węgla i wody, natomiast nadmiar jonów wodorowęglanowych usuwany jest przez kłębuszki nerkowe wraz z moczem. Stąd też gdy do krwi dostanie się
nadmiar kwasu ( np. kwas mlekowy wytwarzany prze nasze mięśnie przy wzmożonym wysiłku fizycznym) układ buforujący zmniejszy stężenie jonów wodorowych ( i pH) poprzez
produkcję kwasu węglowego. Nadmiar kwasu węglowego zostanie usunięty przez układ oddechowy, może się to objawiad zadyszką.
Pozostałe bufory typowe dla organizmu człowieka to np. bufor białczanowy, hemoglobinowy, czy fosforanowy.
Kwas cytrynowy w organizmie
Układy buforujące nie dopuszczają do zmiany pH płynów ustrojowych naszego organizmu. pH krwi u zdrowego człowieka waha się w wąskim zakresie od 7, 35 do 7, 45, ma więc
odczyn prawie obojętny. Dostarczenie jonów wodorowych pochodzących np. z kwasu cytrynowego, nie stwarza żadnego niebezpieczeostwa zmiany odczynu na kwaśny. Jedyną
rzeczą która może pozostad kwaśna po zjedzeniu cytryny jest nasza mina.
Bibliografia:
-W. Trzebiatowski , Chemia nieorganiczna, Podręcznik chemii ogólnej i nieorganicznej dla rozdziałów chemicznych politechnik i uniwersytetów, PWN, Warszawa, 1978, wydanie VIII
- L. Jones, P. Atkins Chemia ogólna Cząsteczki, materia, reakcje, tom 2, Wydawnictwo Naukowe, 2009
-Encyklopedia Szkolna Chemia, praca zbiorowa pod redakcją T. Krygowskiego , WSIP
-E. Solomon , L. Berg , D. Martin, biologia , Multico, Warszawa 2007