Buffering can be observed by using a pH meter while titrating a weak acid or base (Figure 2–5). We can also calculate the pH shift that accompanies addition of acid or base to a
buffered solution. In the example, the buffered solution (a weak acid, pKa = 5.0, and its conjugate base) is initially at one of four pH values. We will calculate the pH shift that results
when 0.1 meq of KOH is added to 1 meq of each solution:
Initial pH 5.00 5.37 5.60 5.86
[A–]initial
0.50 0.70 0.80 0.88
[HA]initial
0.50 0.30 0.20 0.12
([A–]/[HA])initial
1.00 2.33 4.00 7.33
Addition of 0.1 meq of KOH produces
[A–]final
0.60 0.80 0.90 0.98
[HA]final
0.40 0.20 0.10 0.02
([A–]/[HA])final
1.50 4.00 9.00 49.0
log ([A–]/[HA])final
0.18 0.60 0.95 1.69
Final pH 5.18 5.60 5.95 6.69
pH 0.18 0.60 0.95 1.69
Notice that the change in pH per milliequivalent of OH– added depends on the initial pH. The solution resists changes in pH most effectively at pH values close to the pKa. A solution
of a weak acid and its conjugate base buffers most effectively in the pH range pKa ± 1.0 pH unit.
Figure 2–5 also illustrates the net charge on one molecule of the acid as a function of pH. A fractional charge of –0.5 does not mean that an individual molecule bears a fractional
charge but that the probability is 0.5 that a given molecule has a unit negative charge at any given moment in time. Consideration of the net charge on macromolecules as a function
of pH provides the basis for separatory techniques such as ion exchange chromatography and electrophoresis.
Acid Strength Depends on Molecular Structure
Many acids of biologic interest possess more than one dissociating group. The presence of adjacent negative charge hinders the release of a proton from a nearby group, raising its pKa.
This is apparent from the pKa values for the three dissociating groups of phosphoric acid and citric acid (Table 2–2). The effect of adjacent charge decreases with distance. The second
pKa for succinic acid, which has two methylene groups between its carboxyl groups, is 5.6, whereas the second pKa for glutaric acid, which has one additional methylene group, is 5.4.
Table 2–2 Relative Strengths of Selected A cids of Biologic Significance1
Monoprotic Acids
Formic pK 3.75
Lactic pK 3.86
Acetic pK 4.76
Ammonium ion pK 9.25
Diprotic Acids
Carbonic pK1
6.37
pK2
10.25
Succinic pK1
4.21
pK2
5.64
Glutaric pK1
4.34
pK2
5.41
Triprotic Acids
Phosphoric pK1
2.15
pK2
6.82
pK3
12.38
Citric pK1
3.08
pK2
4.74
pK3
5.40
1Note: Tabulated values are the pKa values (–log of the dissociation constant) of selected monoprotic, diprotic, and triprotic acids.
pKa Values Depend on the Properties of the Medium
The pKa of a functional group is also profoundly influenced by the surrounding medium. The medium may either raise or lower the pKa depending on whether the undissociated acid or
its conjugate base is the charged species. The effect of dielectric constant on pKa may be observed by adding ethanol to water. The pKa of a carboxylic acid increases, whereas that of
an amine decreases because ethanol decreases the ability of water to solvate a charged species. The pKa values of dissociating groups in the interiors of proteins thus are profoundly
affected by their local environment, including the presence or absence of water.
Harper's Illustrated Biochemistry, 29e > Chapter 2. Water & pH >
SUMMARY
Water forms hydrogen-bonded clusters with itself and with other proton donors or acceptors. Hydrogen bonds account for the surface tension, viscosity, liquid state at
room temperature, and solvent power of water.
Compounds that contain O or N can serve as hydrogen bond donors and/or acceptors.
Macromolecules exchange internal surface hydrogen bonds for hydrogen bonds to water. Entropic forces dictate that macromolecules expose polar regions to an
aqueous interface and bury nonpolar regions.
Salt bridges, hydrophobic interactions, and van der Waals forces participate in maintaining molecular structure.
pH is the negative log of [H+]. A low pH characterizes an acidic solution, and a high pH denotes a basic solution.
The strength of weak acids is expressed by pKa, the negative log of the acid dissociation constant. Strong acids have low pKa values and weak acids have high pKa
values.
Buffers resist a change in pH when protons are produced or consumed. Maximum buffering capacity occurs ± 1 pH unit on either side of pKa. Physiologic buffers include
bicarbonate, orthophosphate, and proteins.
บัฟเฟอร์ที่สามารถสังเกตได้ โดยการใช้เครื่องวัด กรดอ่อน หรือในขณะที่ titrating ฐาน ( รูปที่ 2 – 5 ) เราสามารถคำนวณ pH เปลี่ยนที่มาพร้อมกับการเติมกรดหรือเบส เพื่อแก้ปัญหานี้
. ในตัวอย่างที่ 2 โซลูชั่น ( อ่อนแอ ) pKa = 5.0 , และผันฐาน ) เป็นครั้งแรกที่หนึ่งในสี่ของค่า pH . เราจะคำนวณ pH เปลี่ยนผลลัพธ์
เมื่อ 01 สร้างเกาะเพิ่ม 1 มิลลิสมมูลของแต่ละโซลูชั่น :
pH เริ่มต้น 5.00 5.37 5.60 5.86
[ ]
0.50 , 0.70 และเริ่มต้น 0.80 0.88
[ ฮา ] เริ่มต้นที่ 0.50 0.20 0.30 0.12
( [ - ] / [ ฮา ] )
เริ่มต้น 1.00 2.33 4.00 7.33 เพิ่ม 0.1 meq ของ เกาะผลิต
[ ]
0.60 0.80 , 0.90 และสุดท้าย 0.98
[ ฮา ] สุดท้าย
0.40 0.20 0.10 0.02
( [ - ] / [ ฮา ] ) เข้าสู่ระบบ
1.50 4.00 9.00 49.0
สุดท้าย ( [ - ] / [ ฮา ] ) เท่ากับ 0.60 0.95 1.69
สุดท้ายสุดท้าย 5.18 5.60 5.95 อ อ 6.69
018 . 0.95 1.69
สังเกตว่าเปลี่ยน pH ต่อ milliequivalent ของโอ้–เพิ่มขึ้นอยู่กับพีเอชเริ่มต้นแก้ปัญหาต่อต้านการเปลี่ยนแปลงพีเอช มีประสิทธิภาพมากที่สุด ที่ค่า pH ที่ใกล้เคียงกับความ . โซลูชั่น
ของกรดอ่อนและผันฐานบัฟเฟอร์มีประสิทธิภาพมากที่สุดในช่วง pH ความ± 1.0 pH unit
รูปที่ 2 – 5 นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงค่าใช้จ่ายสุทธิในหนึ่งโมเลกุลของกรดเป็นฟังก์ชันของปร .ค่าธรรมเนียมสำหรับเศษส่วนของ 0.5 ไม่ได้หมายความว่าเป็นโมเลกุลแต่ละหมีค่าใช้จ่ายเศษส่วน
แต่ความน่าจะเป็น 0.5 ที่ให้โมเลกุลมีหน่วยประจุลบในขณะใดก็ตามในเวลา การพิจารณาค่าใช้จ่ายสุทธิในโมเลกุลที่เป็นฟังก์ชัน
ของ pH จะเป็นพื้นฐานสำหรับเทคนิคตัวเช่นบทร้องและ electrophoresis .
ความแรงของกรดขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุล
หลายกรดสนใจทางชีววิทยามีมากกว่าหนึ่งการถอนอีกกลุ่ม มีประจุลบอยู่ติดกันขัดขวางการปล่อยโปรตอนจากกลุ่มใกล้เคียง เพิ่มของ pKa .
นี้เป็นที่ชัดเจนจากคุณค่า pKa สำหรับการถอนอีกสามกลุ่มของกรดฟอสฟอริคและกรดซิตริก ( ตารางที่ 2 ( 2 )ผลของการลดค่าใช้จ่ายที่อยู่ติดกันกับระยะทาง ส่วนความที่สอง
สำหรับน้ำตาล ซึ่งมี 4 กลุ่มสองกลุ่ม หมู่คาร์บอกซิลเป็น 5.6 วินาที ส่วนความกรดกลูตาลิก ซึ่งมี 4 กลุ่ม เพิ่มเป็น 5.4 .
ตาราง 2 – 2 ญาติจุดแข็งของเลือก cids ทางชีววิทยาของ significance1
มิคสารกรดแลคติก PK PK 3.75
/ อเซะ
)แอมโมเนียมไอออน PK 9.25 พลูนาบ
pk2 carbonic pk1 6.37 10.25
-
pk1 ซัคซิ pk2 5.64
glutaric pk1 4.34 pk2 5.41 triprotic กรดฟอส pk1
pk3 2.15 pk2 6.82
จำหน่ายเดือนมีนาคม pk1 3.08 pk2 4.74
pk3 ตีห้าสี่สิบ 1note : ตารางค่า pKa ค่า ( ) เป็นบันทึกของการเลือกคงที่ ) สารเม็ดตะกอนหัวเชื้อจุลินทรีย์ และ triprotic กรด
คุณค่า pKa ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลาง
ในความของกลุ่มการทำงานยังได้รับอิทธิพลอย่างลึกซึ้งโดยรอบปานกลาง ขนาดกลาง อาจเพิ่มหรือลดความขึ้นอยู่กับว่า undissociated ของกรดหรือเบส
ฐานประจุชนิด ผลของค่าไดอิเล็กทริกในความอาจจะสังเกตได้โดยการเพิ่มเอทานอลกับน้ํา ที่ pKa ของหมู่กรดเพิ่มขึ้น ขณะที่
amine ลดลงเพราะเอทานอลลดลง ความสามารถของน้ำที่จะโซลเวต ประจุชนิด ส่วนคุณค่า pKa ของการถอนอีกกลุ่มในการตกแต่งภายในของโปรตีนดังนั้นจึงได้รับผลกระทบจากสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นของตนอย่างสุดซึ้ง
รวมทั้งการแสดงตนหรือขาดน้ำ
ฮาร์เปอร์ ภาพประกอบ ชีวเคมี 29e > บทที่ 2 น้ำ& pH >
สรุปน้ำไฮโดรเจนแบบผูกมัดกับตัวเองและกลุ่มผู้บริจาคอื่น ๆหรือเปรียบเทียบกับโปรตอน . บัญชีพันธะไฮโดรเจนสำหรับแรงตึงผิว ความหนืดของของเหลวที่
สภาพอุณหภูมิห้อง และพลังละลายของน้ำ สารประกอบที่ประกอบด้วย
O หรือ N เป็นพันธะไฮโดรเจนผู้บริจาคและ / หรือเปรียบเทียบ .
โมเลกุลไฮโดรเจนพันธบัตรแลกเปลี่ยนภายในพื้นผิวของพันธะไฮโดรเจนกับน้ำentropic บังคับบงการที่โมเลกุลแสดงแถบขั้วโลกมีอินเตอร์เฟซที่น้ำและฝังภูมิภาค nonpolar
.
เกลือสะพาน , ปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิกและแรงแวนเดอร์วาลส์ มีส่วนร่วมในการรักษาโครงสร้างของโมเลกุล เป็นบันทึกเชิงลบของอ
[ H ] pH ต่ำลักษณะเป็นสารละลายเป็นกรด pH สูงและแสดงโซลูชั่นพื้นฐาน .
ความแรงของกรดอ่อนจะแสดงโดยความเข้าสู่ระบบที่เป็นลบของกรดการคงที่ กรดที่แข็งแกร่งมีค่า pKa ต่ำและกรดอ่อนค่า pKa
สูง ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในบัฟเฟอร์ pH เมื่อโปรตอนผลิตหรือบริโภค ความจุบัฟเฟอร์ pH สูงสุดเกิดขึ้น± 1 หน่วยบนด้านใดด้านหนึ่งของความ . สรีรวิทยารวมถึง
ไบคาร์บอเนตบัฟเฟอร์ , ออร์โธฟอสเฟตและโปรตีน , .
การแปล กรุณารอสักครู่..