Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Mikä on osapaine ja miten se liittyy hengitykseen?
Osapaine on se paine, jonka yksi kaasu tuottaisi, jos se yksin täyttäisi koko tilavuuden. Daltonin lain mukaan kaasuseoksen kokonaispaine on osapaineiden summa, ja kunkin kaasun osapaine on sen mooliosuus kertaa kokonaispaine. Hengityskaasut liikkuvat suuremmasta osapaineesta pienempään, ja tämä ero kuljettaa hapen keuhkoista vereen.
Kuivassa ilmassa on happea noin 20,9 %. Normaalissa ilmanpaineessa 101,3 kPa hapen osapaine on siis noin 21 kPa. Kun ilma kostuu hengitysteissä, vesihöyry vie 37 °C:ssa 6,3 kPa kokonaispaineesta, ja hapen osapaine laskee.
Keuhkorakkuloissa hapen osapaine on noin 13 kPa, koska kostumisen lisäksi happea siirtyy jatkuvasti vereen ja hiilidioksidia tulee tilalle. Keuhkoihin saapuvassa laskimoveressä hapen osapaine on noin 5 kPa, joten happi diffundoituu vereen. Hiilidioksidilla ero on päinvastainen, ja se siirtyy verestä rakkuloihin.
Korkealla ilmanpaine on pienempi, joten hapen osapaine pienenee, vaikka hapen osuus ilmasta pysyy samana. Sukeltaessa paine kasvaa, ja myös hapen ja typen osapaineet kasvavat.
Kaava
p(kaasu) = x(kaasu) · p(kokonais), p(kokonais) = p₁ + p₂ + p₃ + ...
Esimerkki
Laske hapen osapaine kostutetussa sisäänhengitysilmassa (37 °C) merenpinnan tasolla, jossa ilmanpaine on 101,3 kPa, ja vuoristossa, jossa se on 50 kPa. Hapen osuus kuivasta ilmasta on 20,9 % ja vesihöyryn osapaine 6,3 kPa.
- Merenpinta: kuivien kaasujen osapaineiden summa on 101,3 − 6,3 = 95,0 kPa, joten p(O₂) = 0,209 · 95,0 ≈ 19,9 kPa.
- Vuoristo: 50 − 6,3 = 43,7 kPa, joten p(O₂) = 0,209 · 43,7 ≈ 9,1 kPa.
- Hapen osapaine on vuoristossa alle puolet merenpinnan arvosta, vaikka hapen prosenttiosuus on sama. Osapaine-ero keuhkorakkulan ja veren välillä pienenee, ja happea siirtyy vereen hitaammin.
Tyypillinen virhe
Virhe on luulla, että korkealla ilmassa on vähemmän happea prosentteina. Hapen osuus on sama noin 21 %, mutta kokonaispaine ja siksi hapen osapaine ovat pienempiä.
Valintakokeessa B
Kaasut kuuluvat lukion kemiaan ja fysiikkaan, ja hengitys lukion biologiaan. Valintakoe B arvioi matemaattis-loogista päättelyä, ja osapaine on lasku, jossa kemia ja fysiologia yhdistyvät.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 20: Termokemia, kaasut ja sähkökemia. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Miksi happi siirtyy keuhkoista vereen?
Happi siirtyy diffuusiolla, koska keuhkorakkulan ilmassa hapen osapaine, noin 13 kPa, on suurempi kuin keuhkoihin tulevassa laskimoveressä, noin 5 kPa. Siirtoa helpottavat ohut rakkulan ja hiussuonen seinämä sekä suuri pinta-ala. Veressä happi sitoutuu hemoglobiiniin, joten veri voi kuljettaa paljon happea.
Mikä on Daltonin laki?
Daltonin lain mukaan kaasuseoksen kokonaispaine on seoksen kaasujen osapaineiden summa. Jokainen kaasu käyttäytyy kuin muita ei olisi. Kaasun osapaine on sen mooliosuus kerrottuna kokonaispaineella. Ideaalikaasuille mooliosuus on sama kuin tilavuusosuus, joten ilman 20,9 % happea tarkoittaa mooliosuutta 0,209.