ინფორმაცია

2021_pH_pKA_for_Review - ბიოლოგია

2021_pH_pKA_for_Review - ბიოლოგია



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

მჟავა/ტუტოვანი ქიმიის როლი ზოგად ბიოლოგიაში

ჩვენ გავიგეთ, რომ ქიმიური ფუნქციური ჯგუფების ქცევა დამოკიდებულია მათი შემადგენელი ატომების შემადგენლობაზე, წესრიგსა და თვისებებზე. ჩვენ დავინახავთ, რომ pH, ხსნარის წყალბადის იონის კონცენტრაციის საზომს, შეუძლია შეცვალოს ზოგიერთი ძირითადი ბიოლოგიური ფუნქციური ჯგუფის ქიმიური თვისებები ისე, რომ შეცვალოს მათი ურთიერთქმედება სხვა მოლეკულებთან და, შესაბამისად, მათი ბიოლოგიური როლი.

მაგალითად, pH-დან გამომდინარე, ამინომჟავის ზოგიერთი ფუნქციური ჯგუფი, რომლებიც ქმნიან ცილებს, შეიძლება არსებობდეს სხვადასხვა ქიმიურ მდგომარეობაში. ჩვენ გავიგებთ, რომ ამ ფუნქციური ჯგუფების ქიმიურ მდგომარეობას შეუძლია ღრმა გავლენა მოახდინოს ცილის ფორმაზე ან ქიმიური რეაქციების განხორციელების უნარზე. კურსის გავლისას ჩვენ ვნახავთ ამ ტიპის ქიმიის ბევრ მაგალითს სხვადასხვა კონტექსტში.

სუფთა წყალში წყალბადის იონები სპონტანურად წარმოიქმნება წყლის მოლეკულების მცირე პროცენტის დისოციაციის (იონიზაციის) შედეგად თანაბარ წყალბადად (H).+) იონები და ჰიდროქსიდი (OH-) იონები. OH- რომელიც წყლის იონიზაციის შედეგად მიდის წყლის მოლეკულების ზღვაში, რომლებიც ურთიერთქმედებენ სხვა მოლეკულებთან პოლარული ურთიერთქმედების გზით, ხოლო ახლა „თავისუფალი“ (უკავშირო) H+ იონიზაციის შედეგად წარმოქმნილი იონები ასოცირდება წყლის მოლეკულებთან (ქვემოთ მოცემული ფიგურის მეორე ხაზი) ​​ახალი მოლეკულის შესაქმნელად, რომელსაც ეწოდება ჰიდრონიუმის იონი, H.3+. რაღაც მომენტში, ჰიდროქსიდის იონი 1-ლი სტრიქონიდან ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში კვლავ შეუერთდება პროტონს და აფორმებს წყლის სხვა მოლეკულას. ჰიდროქსიდსა და წყალბადის იონებს შორის დისოციაციის და ხელახალი ასოციაციის პროცესი მუდმივად მიმდინარეობს წონასწორობაში.

მაშინ როცა უმეტესობა ჰ+ ხსნარში იონები ნამდვილად არსებობს, როგორც H3+ იონებს, ჩვენ ჩვეულებრივ წარმოვადგენთ H3+ ფიგურებში ან განტოლებებში უფრო მარტივად, როგორც H+. რატომ? იმიტომ რომ უფრო ადვილია. უბრალოდ დაიმახსოვრე, რომ რადგან ბიოლოგიაში თითქმის მთელი ქიმია ხდება წყალში, როდესაც ხედავთ H+ მოხსენიებულია ტექსტში, ფიგურებში ან განტოლებებში, ის ჩვეულებრივ წარმოადგენს H3+.

Ფიგურა 1: წყალი სპონტანურად იშლება პროტონულ და ჰიდროქსილის ჯგუფად. პროტონი გაერთიანდება წყლის მოლეკულასთან და ქმნის ჰიდრონიუმის იონს.
ატრიბუტი: მარკ ტ. ფაჩიოტი

მიუხედავად იმისა, რომ ამ წესის ზოგიერთი პარადოქსი შეიძლება მოიძებნოს კონცენტრირებული ხსნარების ქიმიაში, ზოგად ბიოლოგიაში მოსახერხებელია ოფიციალურად განსაზღვრა pH როგორც:

[ pH = -log_{10} [H^+]]

ზემოთ მოცემულ განტოლებაში, კვადრატული ფრჩხილები მიმდებარე [H+] მიუთითებს კონცენტრაციაზე. საჭიროების შემთხვევაში, სცადეთ მათემატიკური მიმოხილვა ვიკი-ლოგარითმზე ან კან-ლოგარითმზე. ასევე იხილეთ: განსაზღვრება-კონცენტრაცია ან ვიკი-კონცენტრაცია. The pH ამიტომ ხსნარი არის წყალბადის იონების კონცენტრაციის საზომი ხსნარში (ან ჰიდრონიუმის იონების რაოდენობა).

pH ჩვეულებრივ იტყობინება ლოგარითმული pH მასშტაბი რომელიც მერყეობს 0-დან 14-მდე (სურათი 2). ჩვენ განვსაზღვრავთ pH=7.0 ნეიტრალურად. ჩვენ ვუწოდებთ ყველაფერს, რომლის pH 7.0-ზე დაბალია მჟავე და ნებისმიერი მოხსენებული pH 7.0-ზე მეტი ტუტე ან ძირითადი. უკიდურესი pH ორივე მიმართულებით 7.0-დან ხშირად განიხილება სიცოცხლისთვის არასასიამოვნო, თუმცა არსებობს საპირისპირო მაგალითები. ადამიანის ორგანიზმში pH დონე ჩვეულებრივ მერყეობს 6.8-დან 7.4-მდე, გარდა კუჭისა, სადაც pH უფრო მჟავეა, ჩვეულებრივ 1-დან 2-მდე. ზოგიერთი მიკრობული სახეობა, როგორიცაა Sulfolobus acidocaldarius აყვავდება ჰიპერ მჟავე გარემოში (pH < 3), ხოლო სხვებს მოსწონთ Natronomonas pharaonis აღმოჩნდა, რომ ცხოვრობენ ტბებში pH > 11. ეს ორგანიზმები კლასიფიცირდება როგორც "ექსტრემოფილები" ექსტრემალურ გარემოში აყვავების უნარის გამო. ამ ორგანიზმების ცილები ზოგჯერ გამოიყენება სამრეწველო პროცესებში, სადაც მათი უნარი გაუძლოს გარემოს სტრესს ღირებული თვისებაა.

სურათი 2: pH-ის მასშტაბი მჟავედან ფუძემდე მერყეობს სხვადასხვა ბიოლოგიური ნაერთებით ან ნივთიერებებით, რომლებიც არსებობს ამ კონკრეტულ pH-ზე. ატრიბუტი: მარკ ტ. ფაჩიოტი

დამატებითი ინფორმაციისთვის

უყურეთ ამ ვიდეოს pH-ის გაფართოებული ახსნისთვის და [H+]-თან და ლოგარითმული მასშტაბის მიმართ.

მოდით გამოვიმუშავოთ მაგალითი, რათა ნახოთ, როგორ მუშაობს pH მასშტაბი.

ცნობისთვის: ნივთიერების 1 მოლი (მოლი) (რომელიც შეიძლება იყოს ატომები, მოლეკულები, იონები და ა.შ.), განისაზღვრება, როგორც ტოლი 6.02 x 10.23 ნივთიერების ნაწილაკები. მაშასადამე, 1 მოლი წყალი უდრის 6,02 x 1023 წყლის მოლეკულები.

მათემატიკურად ეს შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:
1 მოლი = 6.02x1023 ნაწილაკები ნივთიერებაში
1 მოლი H2O = 6.02x1023 წყლის მოლეკულები

მაგალითი: წყალბადის იონების კონცენტრაცია, რომლებიც იშლება სუფთა წყლისგან არის დაახლოებით 1 × 10-7 ხალიჩები H+ იონები ლიტრ წყალზე. pH გამოითვლება ამ კონცენტრაციის ერთეულის ფუძის 10 ლოგარითმის უარყოფითი სახით. ჟურნალი10 1×10-7 არის -7.0 და ამ რიცხვის უარყოფითი იძლევა pH 7.0 (ნეიტრალური pH).

მათემატიკურად ეს შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:
pH = -ლოგი10[ჰ+]
pH = -ლოგი10[1×10-7]
pH = 7.0 (ნეიტრალური pH)

ქვემოთ მოყვანილი ფიგურა გთავაზობთ პროტონისა და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციებს შორის საპირისპირო ურთიერთობის ვიზუალიზაციის კიდევ ერთ გზას გრაფიკული ილუსტრირებით, თუ როგორ მცირდება პროტონის კონცენტრაცია pH-ის მატებასთან ერთად, ხოლო ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაცია ერთდროულად იზრდება.

სურათი 3: მჟავიანობის და ბაზისურობის გრაფიკული გამოსახულება. ეს ფიგურა ასახავს ურთიერთობას ჰ+ და ოჰ- კონცენტრაცია pH-ის მასშტაბით. დაბალი pH მნიშვნელობებით H+ იონები უამრავია. როგორც pH ზრდის OH-ის ფარდობით სიმრავლეს- იონები იზრდება, ხოლო H+ სიმრავლე მცირდება.

მიწოდება: Mary O. Aina

pH-სა და პროტონების კონცენტრაციას შორის საპირისპირო ურთიერთობა ბევრ სტუდენტს აბნევს – დაუთმეთ დრო და დაარწმუნეთ საკუთარი თავი, რომ „მიიღეთ“. ერთი გზა შეიძლება იყოს იმის პროგნოზირება, არის თუ არა სხვადასხვა pH მნიშვნელობები მჟავე თუ ძირითადი და შემდეგ გააკეთეთ გამოთვლები, რომ დარწმუნდეთ. დაიწყეთ ამ პრაქტიკული კითხვებით.

მჟავები და ფუძეები

მჟავები და ფუძეები არის მოლეკულები, რომლებსაც შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ ხსნარის pH-ზე. ზოგად ბიოლოგიაში ხშირად მოსახერხებელია მჟავებისა და ფუძეების ბრონსტედ-ლოურის განმარტების გამოყენება. ამ ფორმალიზმის გამოყენებით ჩვენ განვსაზღვრავთ:

მჟავები = მოლეკულები, რომლებსაც შეუძლიათ პროტონი გადასცეს სხვა მოლეკულას (წყლის ჩათვლით ჰიდრონიუმის იონის შესაქმნელად)
ბაზები = მოლეკულები, რომლებსაც შეუძლიათ პროტონის მიღება სხვა მოლეკულისგან (ჰიდრონიუმის იონების ჩათვლით)

როდესაც მჟავე მოლეკულებიდან პროტონები დაშორდებიან თავიანთ "მშობელს", ისინი ზრდის H-ს+ კონცენტრაცია და ამით ამცირებს ხსნარის pH-ს. ამის საპირისპიროდ, როდესაც ბაზა შთანთქავს "თავისუფალ" პროტონს ხსნარიდან "მშობლის" მოლეკულაზე, ხსნარში პროტონის კონცენტრაციის შემცირება იწვევს pH-ის მაღალ მნიშვნელობებზე გადასვლას.

ზოგადად, ჩვენ შეგვიძლია წარმოვადგინოთ მჟავები და ფუძეები შემდეგნაირად:

სურათი 4: გენერიკული მჟავები და ფუძეები. ეს ფიგურა გვიჩვენებს ბრონსტედ-ლოურის მჟავებისა და ფუძეების ქცევას. მჟავა (A ღია მეწამულ წრეში) იწყება პროტონირებული ფორმით, რომელიც უკავშირდება H-ს+ იონი, შედგენილი წითელი H-ის სახით. მჟავა დეპროტონირებულია და იშლება მისი H+ ხსნარში ან სხვა მოლეკულაში. ამასობაში ფუძე (B ღია მწვანე წრეში) იწყებს დეპროტონაციას და შთანთქავს პროტონს (წითელი H+) ხსნარის ან სხვა მოლეკულისგან.
მიწოდება: მარკ ტ. ფაჩიოტი

ზემოთ მოცემულ ფიგურაში მოლეკულა A- - AH მჟავის დეპროტონირებული ფორმა - ასევე შეიძლება ეწოდოს კონიუგირებული ბაზა მჟავა AH. ანალოგიურად მოლეკულა BH+ - B ფუძის პროტონირებული ფორმა - შეიძლება ეწოდოს კონიუგირებული მჟავა ბაზის B.

ჩვენ ვუწოდებთ მჟავებს, რომლებიც მთლიანად იშლება A-ში- და ჰ+ იონები წონასწორობაში ძლიერი მჟავები. ამ რეაქციებს ახასიათებს წონასწორული პოზიცია, რომელიც მდებარეობს შორს მარჯვნივ (ხელს უწყობს პროდუქტის წარმოქმნას) და მათი ქიმიური განტოლებები ხშირად შედგენილია ერთი ისრით, რომელიც აშორებს რეაგენტებსა და პროდუქტებს. ამის საპირისპიროდ, მჟავები, რომლებიც მთლიანად არ იშლება A-ში- და ჰ+ წონასწორობაში მყოფ იონებს უწოდებენ სუსტი მჟავები. pH-დან გამომდინარე, ჩვეულებრივ ხსნარში ერთდროულად გვხვდება სუსტი მჟავის პროტონირებული და დეპროტონირებული ფორმები (ან მჟავა და მისი კონიუგატური ფუძე). ქიმიური განტოლებები, რომლებიც წარმოადგენენ ამ რეაქციებს, შესაბამისად, ჩვეულებრივ გამოსახულია ორმაგი ისრებით, რაც მიუთითებს, რომ A-ს პროტონაცია/დეპროტონაცია-/AH, შესაბამისად, შექცევადია.

ბიოლოგიაში სუსტი მჟავების/ბაზების ორი მნიშვნელოვანი მაგალითია კარბოქსილის და ამინო ფუნქციური ჯგუფები. ფიზიოლოგიურ pH მნიშვნელობებზე (დაახლოებით pH = 7) კარბოქსილის ჯგუფი მიდრეკილია იქცევა როგორც მჟავა მისი პროტონის ხსნარში ან სხვა მოლეკულებზე გადაცემით. იმავე პირობებში, ამინო ჯგუფი მიდრეკილია იმოქმედოს როგორც ბაზა, შთანთქავს პროტონებს ხსნარიდან ან სხვა მოლეკულებიდან. როგორც მალე დავინახავთ, ეს და სხვა პროტონაციის/დეპროტონაციის რეაქციები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ მრავალ ბიოლოგიურ პროცესში.

სურათი 5: კარბოქსილის მჟავას ჯგუფი მოქმედებს როგორც მჟავა პროტონის გათავისუფლებით. ამან შეიძლება გაზარდოს პროტონების რაოდენობა ხსნარში და ამით შეამციროს pH. ამინო ჯგუფი მოქმედებს როგორც ბაზა წყალბადის იონების მიღებით, რამაც შეიძლება შეამციროს წყალბადის იონების რაოდენობა ხსნარებში, რითაც გაზრდის pH-ს.
Attribution: Marc T. Facciotti (ორიგინალი ნამუშევარი)

დამატებითი pH რესურსები

აქ არის რამდენიმე დამატებითი ბმული pH-სა და pKa-ზე, რათა დაგეხმაროთ მასალის შესწავლაში. გაითვალისწინეთ, რომ არსებობს დამატებითი მოდული, რომელიც ეძღვნება pKa-ს.

PKa

pK განისაზღვრება, როგორც უარყოფითი ჟურნალი10 მჟავის დისოციაციის მუდმივი, მისი K.

pK = -ლოგი10[კ]

pK არის რაოდენობრივი საზომი იმისა, თუ რამდენად ადვილად თმობს მჟავა პროტონს ხსნარს და, შესაბამისად, არის მჟავის „სიძლიერის“ საზომი. ძლიერ მჟავებს აქვთ მცირე pKსუსტ მჟავებს უფრო დიდი pK აქვთ.

როგორც აღინიშნა, კარბოქსილის მჟავას ფუნქციური ჯგუფი R-COOH გვხვდება ბევრ ბიომოლეკულაში. ამ ფუნქციურ ჯგუფს აქვს pK 2-4 შორის წყალხსნარში და ითვლება ა სუსტი მჟავა. მრავალი ბიოლოგიურად მნიშვნელოვანი pH მნიშვნელობისას, კარბოქსილის მჟავა მხოლოდ ნაწილობრივ იშლება H-ად+ კათიონები და R-COO- ანიონები. მოლეკულების პოპულაციაში, რომლებიც შეიცავს კარბოქსილის მჟავას ფუნქციურ ჯგუფს, არ არის იშვიათი - ბიოლოგიურად შესაბამისი pH მნიშვნელობებით - ერთდროულად მოლეკულების პოვნა როგორც პროტონირებული (R-COOH) ასევე დეპროტონირებული (R-COO).-) ფორმები. ამის საპირისპიროდ, HCl (წყალბადის ქლორიდი), საერთო ძლიერი მჟავას აქვს pKa << 0. ეს ნიშნავს, რომ იგი სრულად დაიშლება H-ში+ და კლ- ყველა ბიოლოგიურად შესაბამისი pH მნიშვნელობებით. HCl არის ძლიერი მჟავა და პროტონირებული ფორმით თითქმის არასოდეს მოიძებნება.

ქიმიურ განტოლებებში ძლიერ მჟავას ან ფუძესა და სუსტ მჟავას ან ფუძეს შორის განსხვავებას ერთ-ერთი მთავარი გზა არის ერთი ისრის გამოყენება (ძლიერი მჟავა/ფუძე) ორმაგი ისრის (სუსტი მჟავა/ფუძე) წინააღმდეგ. პროტონ(ებ)ის სრული დისოციაცია ძლიერი მჟავებისგან წონასწორობაში ნიშნავს, რომ პროტონების დაბრუნების ალბათობა იმ მოლეკულაში, საიდანაც დაშორდნენ, ძალიან მცირეა. რეაქცია ძირითადად ერთი მიმართულებით მიდის, აქედან გამომდინარეობს ერთი ისარი. სუსტ მჟავებში, წინა რეაქციის განვითარების ალბათობა უფრო ჰგავს საპირისპირო რეაქციის ალბათობას. ამის შედეგია ნაწილობრივი დისოციაცია წონასწორობაში, აქედან გამომდინარე ორმაგი ისარი ქიმიურ განტოლებაში.

Ფიგურა 1. ძლიერი მჟავების, სუსტი მჟავების, ძლიერი ფუძეების და სუსტი ფუძეების მაგალითი მათი ბიოლოგიურად შესაბამისი პროტონირებული და დეპროტონირებული მდგომარეობებში. მათი pKa-ს მნიშვნელობა ნაჩვენებია მარცხნივ. ატრიბუტი: მარკ ტ. ფაჩიოტი.

ზოგად ბიოლოგიაში ჩვენ გთხოვთ დაუკავშიროთ pH და pKa ერთმანეთს სუსტი მჟავის ან სუსტი ფუძის პროტონაციის მდგომარეობის განხილვისას, მაგალითად, ამინომჟავებში. როგორ გამოვიყენოთ ამ მოდულში მოცემული ინფორმაცია კითხვაზე პასუხის გასაცემად: იქნება თუ არა ამინომჟავის გლუტამატის ფუნქციური ჯგუფები პროტონირებული ან დეპროტონირებული pH 2, pH 8 ან pH 11-ზე?

ამ ტიპის კითხვაზე პასუხის გასაცემად, ჩვენ უნდა შევქმნათ კავშირი pH-სა და pKa-ს შორის. pKa-სა და pH-ს შორის კავშირი მათემატიკურად წარმოდგენილია ქვემოთ ნაჩვენები ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლებით, სადაც [A-] წარმოადგენს მჟავის დეპროტონირებულ ფორმას და [HA] წარმოადგენს მჟავის პროტონულ ფორმას.

სურათი 2. ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება

ამ განტოლებას აქვს სამი ძირითადი "ნაწილი":

1. pH;
2. pK; და
3. ჟურნალი10[ა-]/[HA].

ნაწილი 1 გიამბობთ პროტონის კონცენტრაციის შესახებ. ნაწილი 2 მოგვითხრობს მჟავის თვისების შესახებ - რამდენად სავარაუდოა მისი პროტონების "დათმობა" ხსნარისთვის. ნაწილი 3 მოგითხრობთ იმაზე, თუ რამდენი მჟავაა დეპროტონირებული ფორმით [A-] და მისი პროტონირებული ფორმით [HA]. უმეტეს ექსპერიმენტულ პირობებში ჩვენ ჩვეულებრივ ვვარაუდობთ, რომ pKარ იცვლება (ბოლოს და ბოლოს, ეს მოლეკულის თვისებაა). ამრიგად, ეს განტოლება გვეუბნება, რომ pH და დეპროტონირებული [A-] და მჟავის პროტონირებული [HA] ფორმა დაკავშირებულია ერთმანეთთან. თუ თქვენ შეგიძლიათ დამოუკიდებლად გააკონტროლოთ pH მეტი მჟავის ან ფუძის დამატებით, შეგიძლიათ აკონტროლოთ დეპროტონირებული [A.-] და მჟავის პროტონირებული [HA] ფორმები. თქვენ, რა თქმა უნდა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება გლუტამატის ფუნქციური ჯგუფების პროტონაციის მდგომარეობის ცოდნის პრობლემის გადასაჭრელად სხვადასხვა pH-ზე. თუმცა, ჩვენ შეგვიძლია ასევე განვავითაროთ ინტუიცია ამ სამ სიდიდეს შორის ურთიერთობის შესახებ.


ტიტრები დაგეხმარებათ ინტუიციური გაგების განვითარებაში

კიდევ ერთი სასარგებლო გზა pH, pK-ს შორის ურთიერთობის ინტუიციური გაგების გასავითარებლად და ფუნქციური ჯგუფების პროტონაციის მდგომარეობები არის ტიტრირების შედეგებზე ფიქრი. ტიტრირების ექსპერიმენტი, როგორც წესი, მოიცავს ერთი რეაგენტის (მაგ. რეაგენტის #1) ნელ, ეტაპობრივ და თანდათან დამატებას სხვა მოლეკულების ნარევში (მაგ. ხსნარი #1). ექსპერიმენტატორი ნელა ამატებს რეაგენტს #1 (დამოუკიდებელ ცვლადს) ხსნარში #1 და აკეთებს დაკვირვებას ნარევის ერთ ან რამდენიმე თვისებაზე (დამოკიდებულ ცვლადზე) ყოველი ნაბიჯის შემდეგ. რეაგენტებიდან გამომდინარე, დაკვირვებები შეიძლება იყოს ისეთი რამ, როგორიცაა ფერის ცვლილება, სიბლანტის ცვლილება, გემოვნების შეცვლა ან pH-ის ცვლილება. ექსპერიმენტული მონაცემები, როგორც წესი, გამოსახულია დიაგრამაში #1 რეაგენტის გაზრდით x ღერძზე და გაზომილი ხსნარის თვისება (მაგ. pH, ფერი, სიბლანტე და ა.შ.) გამოსახულია y ღერძზე.

ტიტრირების გრაფიკის ინტერპრეტაცია

ქვემოთ მოცემულია დიაგრამა, რომელიც აჩვენებს ძმარმჟავას ხსნარის ტიტრირებას (ხსნარი #1). ძმარში ნაპოვნი ძმარმჟავა ასევე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ქიმიური ფორმულით CH3COOH და შეიცავს ერთ კარბოქსილის ფუნქციურ ჯგუფს. ამ ექსპერიმენტში ძმარმჟავა ტიტრირდება ფუძით, რომელიც წარმოდგენილია როგორც "OH" (რეაგენტი #1) ფიგურაში. მარცხნიდან მარჯვნივ წაკითხვისას გრაფიკი აცნობებს ხსნარის pH ცვლილებას, როდესაც ბაზა (OH) ნელა ემატება. გრაფიკის შემოწმებისას ხედავთ pH-ის ცვლილების სამ ფაზას:

(ა) OH-ის 0-დან 3-მდე ეკვივალენტის დამატება იწვევს pH-ის სწრაფ ზრდას. მოლეკულურ დონეზე, ეს ზრდა შეიძლება აიხსნას ყოველი დამატებითი ბაზის ეკვივალენტით, რომელიც რეაგირებს H-სთან3+ წყლის ორი ნეიტრალური მოლეკულის შესაქმნელად. ეს ამცირებს [H+] და შესაბამისად ზრდის pH-ს. ამ pH-ზე მოლეკულა (CH3COOH) აქვს "ძალა" შეინარჩუნოს მისი H+ იონები.

ბ) როდესაც ემატება OH-ის 3-დან 7 ეკვივალენტს, pH თითქმის არ იცვლება; ის სტაბილური რჩება pK-ის ექვივალენტური მნიშვნელობის გარშემო ჩ.შ3COOH (4.76). გრაფიკის ამ ზონაში ძმარმჟავას მოლეკულები იწყებენ თავიანთი H-ის „გაშვებას“.+ იონები, როდესაც OH დაემატება. ყოველი დამატებული OH "იტაცებს" პროტონს ხსნარიდან, რომელიც იცვლება CH-ით "გამოთავისუფლებული" პროტონით.3COOH მოლეკულები ხსნარში. როდესაც pH = pK (OH-ის დაახლოებით 5 ეკვივალენტი-), ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება გვეუბნება, რომ ხსნარში ძმარმჟავას მოლეკულების 50% პროტონირებულია და 50% დეპროტონირებული. რაც უფრო მეტი ეკვივალენტი ემატება OH, უფრო მეტი ძმარმჟავას მოლეკულა დეპროტონირებული ხდება მანამ, სანამ ძმარმჟავას ყველა მოლეკულა არ დეპროტონდება.

(გ) როგორც კი ეს მოხდება, OH-ის 7 ან მეტ ეკვივალენტზე, აღარ არის ხელმისაწვდომი პროტონირებული მოლეკულები დამატებული OH-ის გასანეიტრალებლად. ამიტომ მეტი OH-ის დამატება იწყებს pH-ის სწრაფ აწევას.

ამ პროცესის გონებრივი სურათის შექმნა შეიძლება იყოს ძლიერი ინსტრუმენტი, რომელიც დაგეხმარებათ ინტუიციურად გადაჭრათ პრობლემა, რომელმაც დაიწყო ეს დისკუსია. თუ გსურთ ფუნქციური ჯგუფის პროტონაციის მდგომარეობის ინტუიცია, ცნობილი pK-ით, მოცემულ pH-ზე, შეგიძლიათ დაიწყოთ სიტუაციის წარმოდგენა, როდესაც pH = pK. ამ ეტაპზე, თქვენ იცით, რომ ფუნქციური ჯგუფი 50% პროტონირებულია და 50% დეპროტონირებული. მაშასადამე, თუ მოცემული pH არის pKa-ზე დაბალი, რომელიც მოძრაობს pH = pK-დან სამიზნე pH-სთვის საჭიროა ხსნარში პროტონების დამატება. როდესაც ხსნარი უფრო მჟავე გახდება, H იქნება მეტი+ იონები მზად არიან დეპროტონირებული ფუნქციური ჯგუფების პროტონაციისთვის და ამით გაზრდის პროტონირებული ფუნქციური ჯგუფების რაოდენობას. ქვემოთ მოცემულ ტიტრირების მრუდზე, ეს ჰგავს მრუდის ბრტყელი ნაწილის ცენტრიდან დაწყებას და მარცხნივ გადაადგილებას. როდესაც სამიზნე pH უფრო მაღალია, ვიდრე pK ხსნარი უფრო ძირითადი უნდა გახდეს საწყისი pH-დან სამიზნე pH-მდე გადასვლაში. აქ ნაკლები იქნება H+ იონები ვიდრე დასაწყისში, რაც იმას ნიშნავს, რომ ფუნქციური ჯგუფები დაიწყებენ დეპროტონაციას, რითაც გაიზრდება არაპროტონირებული ფუნქციური ჯგუფების პროპორცია.

სურათი 3. ეს გრაფიკი ასახავს ძმარმჟავას პროტონაციის მდგომარეობას pH-ის ცვლილებისას. pH-ზე დაბლაpKa, მჟავა არისპროტონირებული. pH-ზე ზემოთpKaმჟავა არისდეპროტონირებული. თუ pH უდრისpKaმჟავა არის 50%პროტონირებულიდა 50%დეპროტონირებული. ატრიბუტი: აივიხოსე


ეს ფილმი წარმოადგენს ზემოთ მოცემული ახსნის ვიზუალურ დემონსტრირებას.

ჩვენ ვხურავთ ამ განყოფილებას თავდაპირველ კითხვაზე დაბრუნებით: ამინომჟავის გლუტამატის ფუნქციური ჯგუფები პროტონირებული იქნება თუ დეპროტონირებული pH 2-ზე, pH 8-ზე, pH 11-ზე? ძმარმჟავას ზემოთ მოყვანილ მაგალითში ჩვენ შევიმუშავეთ იმის გაგება, თუ როგორ უნდა დააკავშიროთ ერთი ფუნქციური ჯგუფის პროტონაციის მდგომარეობა მის pK-სთან. და ხსნარის pH არის პროტონირებული და დეპროტონირებული მდგომარეობის ბალანსი/ფარდობა ერთი ფუნქციური ჯგუფისთვის.

თუმცა, ბიოლოგიაში ხშირად დაგაინტერესებთ მოლეკულების ქცევა მრავალი ფუნქციური ჯგუფით, თითოეულს აქვს საკუთარი pK. ღირებულებები. თავისუფალ ამინომჟავას, როგორიცაა გლუტამატი, აქვს სამი განსხვავებული ფუნქციური ჯგუფი, თითოეულს აქვს საკუთარი pK. ასე რომ, გლუტამატის პროტონაციის მდგომარეობის შესახებ კითხვაზე პასუხის გაცემა pH-ის სხვადასხვა მნიშვნელობებზე მოითხოვს თქვენგან დამოუკიდებლად შეაფასოთ თითოეული ამ ფუნქციური ჯგუფის პროტონაციის მდგომარეობა და დეპროტონაციის მდგომარეობა. ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს ამინომჟავის გლუტამატის ტიტრირების ექსპერიმენტს. ზემოთ მოყვანილი ნაკვეთის მსგავსად, ის გვიჩვენებს ურთიერთობას pH-სა და pK-ს შორის გლუტამატის სამი იონიზირებადი ფუნქციური ჯგუფიდან თითოეულისთვის. ფუნქციური ჯგუფის პროტონაციის მდგომარეობა შეიძლება დამოუკიდებლად შეფასდეს განსაზღვრული pH მნიშვნელობით, რათა საბოლოოდ განისაზღვროს მთელი მოლეკულის პროტონაციის მდგომარეობა.

სურათი 4. ეს გრაფიკი ასახავს გლუტამატის პროტონაციის მდგომარეობას pH-ის ცვლილებისას. ამინომჟავის თითოეული ფუნქციური ჯგუფის pK-ზე დაბალი pH-ზე, ფუნქციური ჯგუფი პროტონირებულია. ფუნქციური ჯგუფის pKa-ზე მაღალი pH-ზე ის დეპროტონირებულია. თუ pH უდრის pKa-ს, ფუნქციური ჯგუფი არის 50% პროტონირებული და 50% დეპროტონირებული.
ატრიბუტი: აივი ხოსე

სწრაფი მითითება: pKa და pH შედარების სქემა

pKpH
pK = -ლოგი10[კ]pH= -ლოგი10[ჰ+]
  • მოხსენებები ა ა-ს საკუთრება მოლეკულა. ის რაღაცას ამბობს პროტონის არსებობის ალბათობაზე დაშორება იქიდან.
  • მოხსენებები ა ა-ს საკუთრება გამოსავალი: [ჰ+] ხსნარში.
    • მჟავა ზრდის [H+] ხსნარში, წყალბადის იონ(ებ)ის შემოწირულობით. ეს ამცირებს pH-ს.
    • ბაზა აქვეითებს [H+] ხსნარში წყალბადის იონ(ებ)ის შებოჭვით. ეს ზრდის pH-ს.
  • შეიძლება ასოცირებული იყოს მჟავის სიძლიერესთან.
    • დაბალი pK = ძლიერი მჟავა
    • მაღალი pK = სუსტი მჟავა
  • მიუთითებს, არის თუ არა ხსნარი ძირითადი თუ მჟავე.
    • მაღალი pH (>7) = ძირითადი
    • დაბალი pH (<7) = მჟავე
    • pH= 7 ნეიტრალურია

• ხოლო pK დიდწილად დამოკიდებულია მოლეკულის ფიზიკურ თვისებებზე, მასზე ასევე შეიძლება გავლენა იქონიოს/შეიცვალოს ადგილობრივი გარემო, რომელშიც იმყოფება მოლეკულა.

  • pH შეიძლება შეიცვალოს ხსნარში სხვადასხვა ქიმიური ფაქტორების დამატებით ან ამოღებით.