1 / 30

Ve e molekulaarne struktuur ja füsikokeemilised omadused . Puhverlahused

Ve e molekulaarne struktuur ja füsikokeemilised omadused . Puhverlahused. Vee molekuli struktuur Vesi kui lahusti Vesi reaktsioonikeskkonnana Vee molekuli ionisatsioon Puhvrid. Hender s on-Hasselbachi v õrrand.

pillan
Download Presentation

Ve e molekulaarne struktuur ja füsikokeemilised omadused . Puhverlahused

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Vee molekulaarne struktuur ja füsikokeemilised omadused. Puhverlahused

  2. Vee molekuli struktuur • Vesi kui lahusti • Vesi reaktsioonikeskkonnana • Vee molekuli ionisatsioon • Puhvrid. Henderson-Hasselbachi võrrand

  3. % raku massist erinevate molekulide arv H2O 70 1 Suhkrud 3 200 Lipiidid 2 200 Mitmesugused metaboliidid 1 500 25 5000...10000 Valgud Nukleiinhapped Polüsahariidid Anorgaanilised ioonid 1 ca 20

  4. Vesi • Solvent bioloogilistes süsteemides • Metaboolsete reaktsioonide toimumise keskkond • Suure mahtuvusega soojuse akumulaator • Transpordiks kasutatav keskkond- veri, lümf, uriin • Vahetu osaleja paljudes biokeemilistes reaktsioonides (hüdrolüüs)

  5. Mõningate ühendite füüsikalisi parameetreid sul. temp. keem. temp. aur. sooj. oC oC J/g Vesi H2O 0 100 2260 Metanool CH3OH -98 65 1100 Etanool CH3CH2OH -117 78 854 Propanool CH3CH2CH2OH -127 97 687 Butanool CH3(CH2)2CH2OH -90 117 590 Atsetoon CH3COCH3 -95 56 523 Butaan CH3(CH2)2CH3 -135 -0.5 381

  6. Vesi moodustab unikaalse keskkonna bioloogilistele protsessidele • Kõrge sulamis ja keemistemperatuur • Suur aurustumissoojus • Pindpinevus • Kõrge dielektriline konstant • Maksimaalne tihedus vedelas olekus Vesi 100 oC, metaan -164oC Vee liikumine mullas, taimedes Vesi 78.5 EtOH 24.3 Ammoniaak 16.9 Benseen 2.3 Vedelik 1.00, jää 0.92 g/l

  7. Vee molekul on polaarne O negatiivne osalaeng -0.66e H positiivne osalaeng +0.33e H sidemed moodustuvad osaliselt varjestamata prootoni ja vaba elektronpaari vahel D-H…A D-H doonor D=O, N, S A akseptor O, N, S

  8. Vesiniksidemed vee molekulide vahel on anomaalsete füüsikaliste omaduste aluseks Jää struktuuris moodustab iga H20 molekul 4 regulaarset H sidet Vedel vesi on irregulaarse struktuuriga H sideme olemasolul struktuuris aatomite vaheline kaugus enam kui 0.5 A lühem van der Waalsi raadiuste summast

  9. Vesinikside ja teised mittekovalentsed sidemed • Vee molekuli ja bioloogilise makromolekuli vahel • Intramolekulaarsed • Makromolekulide vahelised

  10. Vesinikside H aatom ja elektronegatiivne mittekovalentselt seotud aatom paiknevad lähemale kui Van der Waalsi raadiuste summa Vesiniksideme energia 12...20 kJ/mol Optimaalne on moodustuvate dipoolide lineaarne asetus Ca 10% energiast kaob kui dipoolid asetsevad 20o nurga all Näiteid: Amiin ja vesi Ketoon ja vesi Lämmastikalused Peptiidid

  11. Vesi solvendina Na+ 0.14M K+ 0.04M Cl- 0.10M Ioonide kontsentratsioon veres • Vees lahustuvad ühendid- hüdrofiilsed • polaarsed • ioonilised • Hüdrofiilsed molekulid solvateeruvad vees • Veel on kõrge ioonide solvatatsiooni võime • Vees mittelahustuvad ühendid- hüdrofoobsed • mittepolaarsed • Amfipaatsed ehk amfifiilsed-molekulid kus on nii hüdrofiilne kui hüdrofoobne osa • Moodustavad • mitselle • kaksikkihilisi vesiikleid või lehti

  12. Hüdrofoobne efekt • Hüdrofoobsed molekulid asetuvad selliselt, et kokkupuutepind vee molekulidega oleks minimaalne • Entroopiline komponent oluline • Määrav faktor makromolekulide struktuuri moodustumisel ja lipiidide agregatsioonil

  13. Amfipaatsed molekulid moodustavad mitselle, vesiikleid ja kaksikkihte

  14. Vee molekulide ionisatsioon Vesi on substants, mis võib käituda nii happe kui alusena (liita või loovutada prootoni) 1M NaOH 14 Pleegiti 12 Merevesi 8 Veri 7.4 Piim 7 Sülg 6.6 Tomatimahl 4.4 Äädikas 3 Coke 2.8 Maomahl 1.5 1M HCl 0 pH<7 happeline pH>7 aluseline pH- negatiivne logaritm vesinikioonide kontsentratsioonist pH=-log10[H+]

  15. Happed- prootoni doonoridalused- prootoni akseptorid 1923 Bronsted ja Lowry Konjugeeritud aluse ja happe vaheline reaktsioon

  16. Nõrgad ja tugevad happed Happe tugevust iseloomustab dissotsiatsioonikonstant Ka ja selle negatiivne logaritm pKa Hape pKa H3PO4 2.15 H2PO4- 6.82 HPO42- 12.38 Äädikhape 4.76 Boorhape 9.24 Piperidiin 11.12

  17. Puhverlahuse pH määratakse ära happe ja vastava konjugeeritud aluse suhtega Henderson-Hasselbachi võrrand Oluline järeldus: kui nõrgahappe ja konjugeeritud aluse kontsentratsioonid on võrdsed, siis pH=pKa

  18. Lahuste pH on bioloogilistes süsteemides väga oluline! Pepsiin Trüpsiin Lüsotsüüm Ensüümi aktiivsus 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 pH pH pH

  19. Tiitrimine Tiitrimiseks nimetatakse analüüsimeetodeid, mis baseeruvad ruumala mõõtmisel Näiteks: lahuses aluse kontsentratsiooni mõõtmine kasutades kindla kontsentratsiooniga happe lahust, või vastupidi Vajalikud töövahendid: kalibreeritud klaasnõud, pH indikaator või pH-meeter

  20. Puhverlahused- stabiliseerivad pH Tilk 1M HCl liitrisse vette või 0.1M NaOAc lahusesse! Henderson-Hasselbachi võrrandist tulenevalt ei muutu nõrga happe ja vastava aluse segule tugeva happe lisamisel oluliselt pH Puhvermahtuvus- Tugeva happe või aluse moolide arv, mis muudab 1l puhverlahuse pH 1 ühiku võrra

  21. Nõrga happe tiitrimine tugeva alusega pKa=9.25 • Kõverate kuju on sarnane erinevate nõrkade hapete korral • Kõvera keskkoha pH vastab happe pKa väärtusele • Kõvera keskkosas kus [HA]=[A-] on pH sõltuvus tugeva happe lisamise suhtes vähe tundlik 10 NH4+ pH 8 pKa= 6.99 Imidasool H+ 6 pKa=4.76 CH3COOH 4 0% tiitritud Alustades tiitrimist olukorras, kus meie proov on happe vormis, saame vastavalt valemile avaldada pH Sellisel juhul [H+] = [A-] ja siit on [H+] lihtsalt leitav. pH=-log[H+] 2 [H+] [A-] Ka= [HA] 1.0 0.5 Lisatud OH- ekvivalenti Vahemik 5-95% tiitritud Piirkond, mis pakub kõige rohkem huvi. pH muutub suhteliselt aeglaselt. Lahuse pH arvutamine on võimalik Henderson-Hassebachi võrrandit kasutades pH= pKa + log 100% tiitritud Kogu hape on konverteeritud konjugeeritud aluse vormi. pH saab arvutada arvestades, et `Kb + Ka = 14 [A-] [HA]

  22. Tiitrimiskõverad II Mitmealuselised happed: igale ionisatsioonile vastab oma pKa väärtus ja puhverduspiirkond 14 [HPO42-] = [PO43-] PO43- Paljude lähedaste pK väärtustega rühmade olemasolul pole vastavad rühmad iseseisvalt tiitritavad 12 pK3=12.4 10 HPO42- [HPO42-] = [H2PO4-] pH 8 pK2=7.2 6 H2PO4- [H3PO4] = [H2PO4-] 4 2 pK1=2.15 H3PO4 1.5 0.5 1.0 2.0 2.5 3.0 Lisatud OH- eksvivalente

  23. Puhverlahused praktikas I • Lahuse pH konstantsena hoidmine on vajalik bioloogilise aktiivsuse säilimiseks in vitro ja in vivo • Praktikas kasutatakse puhverlahuseid 1 pH ühiku • piires pKa väärtusest • Enamlevinumate näiteid: • Fosfaat, TRIS, atsetaat, jne TRIS=tris-hüdroksümetüül aminometaan pKa=8.07 Valik Goods puhvreid

  24. Puhverlahused praktikas II • Fosfaatpuhver on oluline rakusisese pH konstantsena hoidmisel (pKa2=6.82) • Histidiini struktuuri kuulub imidasooli rühm (pKa=6.04). Valgud on samuti olulised puhverdavad ühendid organismides • Vereplasma pH säilitatakse konstantsena bikarbonaatpuhvri abil Hapnik transporditakse veres hemoglobiini poolt, mis paikneb punastes verelibledes CO2 transpordiks kasutatakse nii vereplasmat kui punaseid vereliblesid CO2(aq) + 2H2O H2CO3 H+ + HCO3- CO2(g) Füsioloogiline pH7.4 7.35 … 7.45 OK! Atsidoos 7.1 Alkaloos 7.6

  25. Koju! • Tuletada iseseisvalt Henderson Hassebachi võrrand • Teada, millised puhverdavad komponendid on bioloogiliselt olulised rakkude tsütoplasmas ja veres • Teada, millises pH vahemikus on kasutatavad fosfaat, atsetaat ja TRIS puhvrid • Lahendada ära toodud ülesanded 1-4

  26. Ülesanne 1 Milline on teatud orgaanilise happe pKa, kui 0.0084M happe lahuse pH on 3.15?

  27. Ülesanne 2: Mitu millimooli HCl tuleb lisada 10 ml 0.150M pH6.80 kaaliumtsitraadi puhvrile selleks et puhvri pH kukuks väärtuseni 6.50? Sidrunhappe vastav pKa3=6.39

  28. Ülesanne 3: Millise pH-ga on puhver, mis saadakse 0.15M pH6.87 kaaliumfosfaatpuhvri lahjendamisel destilleeritud veega 0.035M lahuseni?

  29. Ülesanne 4: Valmistatakse puhverlahus kasutades 3.71g sidrunhapet ja 2.91g KOH, mis lahustatakse vees viies lõppruumala 250 ml mahuni. Milline on saadava lahuse pH ja milline on selles lahuses vesinikioonide kontsentratsioon? Sidrunhappe pKa väärtused on 3.14, 4.77 ja 6.39

More Related