Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Mikä on puskuriliuos ja miten se toimii?
Puskuriliuos on liuos, jonka pH muuttuu vain vähän, kun siihen lisätään pieni määrä happoa tai emästä. Se sisältää heikkoa happoa ja sen vastinemästä: vastinemäs sitoo lisätyt vetyionit ja happo neutraloi lisätyt hydroksidi-ionit. Veren keskeinen puskuri on hiilihapon ja vetykarbonaatin muodostama puskuri.
Puskurin pH riippuu hapon pKa-arvosta ja vastinemäksen ja hapon pitoisuuksien suhteesta. Kun suhde on 1, pH on yhtä suuri kuin pKa. Puskuri toimii hyvin noin yhden pH-yksikön päässä pKa:sta kumpaankin suuntaan. Laimentaminen ei muuta suhdetta, joten se ei juuri muuta puskurin pH:ta.
Veressä hiilidioksidi ja vesi muodostavat hiilihappoa, joka on tasapainossa vetyionien ja vetykarbonaatin kanssa: CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻. Järjestelmä on avoin, koska keuhkot säätävät hiilidioksidia minuuteissa ja munuaiset vetykarbonaattia päivien kuluessa.
Puskurikapasiteetti on eri asia kuin puskurin pH. Kapasiteetti kertoo, kuinka paljon happoa tai emästä puskuri kestää, ja se riippuu komponenttien määristä. Kaksi puskuria voi olla samassa pH:ssa, mutta väkevämpi kestää enemmän.
Kaava
pH = pKa + log([A⁻] / [HA]) (Henderson-Hasselbalchin yhtälö)
Esimerkki
Veren vetykarbonaattipuskurin näennäinen pKa on 6,1, ja veressä vetykarbonaattia on noin 20 kertaa niin paljon kuin liuennutta hiilidioksidia. Laske veren pH.
- Sijoitetaan Henderson-Hasselbalchin yhtälöön: pH = 6,1 + log 20.
- log 20 ≈ 1,30.
- pH ≈ 6,1 + 1,30 = 7,40, mikä vastaa veren normaalia pH:ta.
Tyypillinen virhe
Puskuri ei pidä pH:ta täysin vakiona, eikä se kestä rajattomasti happoa tai emästä. Kun toinen komponentti loppuu, pH muuttuu jyrkästi. Toinen virhe on luulla, että laimennus muuttaa puskurin pH:ta: suhde ja siksi pH säilyvät.
Valintakokeessa B
Tasapaino ja puskurit kuuluvat lukion kemiaan, ja valintakoe B yhdistää kemian ja biologian. Veren puskuri on esimerkki, jossa kemiallinen tasapaino selittää fysiologisen ilmiön, kuten hengityksen vaikutuksen veren pH:hon.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 14: Hapot, emäkset ja tasapaino. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mitä veren pH:lle tapahtuu hyperventilaatiossa?
Liian nopea hengitys poistaa hiilidioksidia tavallista enemmän. Tasapaino CO₂ + H₂O ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ siirtyy vasemmalle, vetyionien pitoisuus pienenee ja pH nousee. Tilaa kutsutaan respiratoriseksi alkaloosiksi. Hengityksen hidastuminen aiheuttaa päinvastoin respiratorisen asidoosin.
Miksi puskuriin tarvitaan heikko happo eikä vahva?
Vahva happo ionisoituu täysin, joten sen vastinemäs ei sido vetyioneja takaisin, eikä liuoksessa ole varantoa kumpaankin suuntaan. Heikon hapon puskurissa on sekä ionisoitumatonta happoa että vastinemästä, ja ne voivat reagoida sekä lisätyn hapon että lisätyn emäksen kanssa.