Uvod
Poznato je da živi organizmi traže konstantnu pH-vrijednost u svim tjelesnim tekućinama. Sam organizam razvio je odgovarajuće sustave za održavanje pH-vrijednosti unutar vrlo uskih granica. Primjerice, pH-vrijednost krvi održava se između 7,35 i 7,45.
Koji su to sustavi, koji pH-vrijednost staničnih tekućina održavaju gotovo stalnom? To su .
Puferi su smjese otopina slabih kiselina i njihovih soli ili slabih baza i njihovih soli. Miješanjem otopina octene kiseline i natrijeva acetata nastaje acetatni pufer. Budući da je octena kiselina slaba kiselina, samo jedan mali dio molekula protolitički reagira s vodom.
[latex]CH_3COOH\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space CH_3COO^–\left(aq\right)\space +\space H_3O^+\left(aq\right)[/latex]
Natrijev acetat je dobro topljiva sol u vodi koja potpuno disocira.
[latex]CH_3COONa\left(aq\right)\stackrel{H_2O}{\space \longrightarrow }\space CH_3COO^–_{}\left(aq\right)\space +\space Na^+\left(aq\right)[/latex]
Neznatne promjene pH-vrijednosti temelje se na uspostavljanju ravnoteže između slabe kiseline, CH3COOH i njene konjugirane baze, CH3COO–.
Koji su to sustavi, koji pH-vrijednost staničnih tekućina održavaju gotovo stalnom?
To su puferi.
Puferi su smjese otopina slabih kiselina i njihovih soli
ili slabih baza i njihovih soli.
Miješanjem otopina octene kiseline i natrijeva acetata nastaje acetatni pufer.
Budući da je octena kiselina slaba kiselina,
samo jedan mali dio molekula protolitički reagira s vodom.
[latex]CH_3COOH\left(aq\right)\space +\space H_2O\left(l\right)\space \rightleftharpoons \space CH_3COO^–\left(aq\right)\space +\space H_3O^+\left(aq\right)[/latex]
Natrijev acetat je dobro topljiva sol u vodi koja potpuno disocira.
[latex]CH_3COONa\left(aq\right)\stackrel{H_2O}{\space \longrightarrow }\space CH_3COO^–_{}\left(aq\right)\space +\space Na^+\left(aq\right)[/latex]
Neznatne promjene pH-vrijednosti temelje se na
uspostavljanju ravnoteže između slabe kiseline, CH3COOH i njene konjugirane baze, CH3COO–.
Dodavanjem jake kiseline u pufersku otopinu zbiva se reakcija oksonijevih iona i acetatnih iona, povećava se koncentracija octene kiseline. Ravnoteža se pomiče u smjeru nedisociranih molekula octene kiseline.
Dodavanjem jake baze, hidroksidnih iona u pufersku otopinu smanjuje se koncentracija oksonijevih iona, a ravnoteža se pomiče u smjeru nastajanja acetatnih iona.
Dodavanjem jake kiseline ili jake baze pH-vrijednost puferske otopine ostaje gotovo nepromijenjena.
Acetatni puferski sustav može se napisati CH3COONa/CH3COOH. Budući da natrijevi ioni ne utječu na pufersko djelovanje, acetatni se pufer može napisati CH3COO–/CH3COOH, prema tome kao konjugirani par baza/kiselina.
Svaki pufer ima neki kapacitet. Kapacitet pufera je mjera otpora puferske otopine kojom se otopina opire promjeni pH-vrijednosti.
Dodavanjem jake kiseline u pufersku otopinu zbiva se
reakcija oksonijevih iona i acetatnih iona.
Povećava se koncentracija octene kiseline.
Ravnoteža se pomiče u smjeru nedisociranih molekula octene kiseline.
Dodavanjem jake baze hidroksidnih iona u pufersku otopinu,
smanjuje se koncentracija oksonijevih iona.
Ravnoteža se pomiče u smjeru nastajanja acetatnih iona.
Dodavanjem jake kiseline ili jake baze pH-vrijednost
puferske otopine ostaje gotovo nepromijenjena.
Acetatni puferski sustav može se napisati kao omjer sol/kiselina,
odnosno CH3COONa/CH3COOH.
Natrijevi ioni ne utječu na pufersko djelovanje.
Acetatni pufer se može napisati CH3COO–/CH3COOH,
prema tome kao konjugirani par baza/kiselina.
Svaki pufer ima neki kapacitet.
Kapacitet pufera je mjera otpora puferske otopine
kojom se otopina opire promjeni pH-vrijednosti.
Zbog održavanja pH-vrijednosti,
puferi su od velike važnosti za ljudski organizam.
Puferi su zbog održavanja pH-vrijednosti od velike važnosti za ljudski organizam. Primjerice, fosfatni pufer (H2PO4–/HPO42–) održava pH-vrijednost stanične tekućine pri 7,2.
Karbonatni pufer (HCO3–/H2CO3) ima značajnu ulogu kod prijenosa molekula kisika, O2, i ugljikova(IV) oksida, CO2, kao i kod održavanja pH-vrijednosti krvi. Stanje organizma u kojem je pH-vrijednost tjelesnih tekućina niža od normalne vrijednosti naziva se acidoza, a ako je viša od normalne alkaloza.
Primjerice, fosfatni pufer (H2PO4–/HPO42–)
održava pH-vrijednost stanične tekućine pri 7,2.
Karbonatni pufer (HCO3–/H2CO3) ima značajnu ulogu kod prijenosa molekula kisika, O2, i ugljikova(IV) oksida, CO2.
Ima ulogu i kod održavanja pH-vrijednosti krvi.
Stanje organizma u kojem je pH-vrijednost tjelesnih tekućina
niža od normalne vrijednosti naziva se acidoza.
Ako je viša od normalne vrijednosti naziva se alkaloza.
U stanju acidoze ubrzanim se disanjem izbacuje ugljikov(IV) oksid, smanjuje se razina ugljične kiseline, a bubrezi luče kiseliju mokraću. Kod alkaloze sporijim se disanjem smanjuje izbacivanje ugljikova(IV) oksida, a samim tim se razina ugljične kiseline povećava, a bubrezi izlučuju mokraću manje.
U stanju acidoze ubrzanim se disanjem izbacuje ugljikov(IV) oksid.
Smanjuje se razina ugljične kiseline, a bubrezi luče kiseliju mokraću.
Kod alkaloze sporijim se disanjem smanjuje izbacivanje ugljikova(IV) oksida.
Samim tim se razina ugljične kiseline povećava.
Bubrezi izlučuju mokraću manje.
Proširite vidike
Andre Tridon Jagendorf (1926. – 2017.) američki je znanstvenik koji je radio na Odjelu za biologiju biljaka na Sveučilištu Cornell. On je dokazao da kloroplasti mogu sintetizirati ATP i u mraku, ako se načini umjetni gradijent pH-vrijednosti. Pozorno pogledajte animaciju koja prikazuje dvije puferske otopine različitih pH-vrijednosti (crvena i plava kadica).
Nakon odgledane animacije odgovorite na pitanja.
Tumačenje animacije
Kloroplasti se namaču nekoliko sati u puferskoj otopini koja ima pH-vrijednost 4 (lijeva kadica). Dolazi do prijelaza protona iz pufera u kloroplast. Nakon toga se kloroplasti brzo pomiješaju s neutralnom puferskom otopinom pH-vrijednosti 7, koja sadrži ADP i ortofosfat, Pi (desna kadica). Time dolazi do nagle sinteze ATP-a i istovremenog nestanka gradijenta pH-vrijednosti zbog prijenosa protona. Uz desnu kadicu prikazan je model ATP-sintaze, proteinskog kompleksa, enzima koji sintetizira ATP.
Primjena pufera u svakodnevnom životu
Osim o važnosti pufera za održavanje ravnoteže u organizmu, puferi imaju raznoliku primjenu u svakodnevnom životu. Primjerice, šamponi imaju određenu pH-vrijednost koja odgovara pravilnom rastu i održavanju kose, ali puferi imaju i važnu primjenu u tekstilnoj industriji prilikom procesa bojenja.
Osim o važnosti pufera za održavanje ravnoteže u organizmu,
puferi imaju raznoliku primjenu u svakodnevnom životu.
Primjerice, šamponi imaju određenu pH-vrijednost koja odgovara pravilnom rastu i održavanju kose.
Puferi imaju i važnu primjenu u tekstilnoj industriji prilikom procesa bojenja.
Više o primjeni pufera u svakodnevnom životu istražite na mrežnom mjestu 1.
Problemski zadatak
U laboratorijskom radu često se koristi bicin, pufer opće namjene za biološka istraživanja. Služeći se stručnom literturom saznajte više o primjeni ovoga pufera i izvijestite o svojim saznanjima druge učenike u razredu.
Promislite i odgovorite
Jedan od pufera koji djeluje u staničnoj tekućini je fosfatni pufer, H2PO4–/HPO42–. Koja se reakcija odvija u stanici dodavanjem: a) kiseline i b) baze?