Zakład Chemii Medycznej Pomorskiej Akademii Medycznej Woda w organizmie człowieka. Potencjał chemiczny. Ciśnienie osmotyczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiej Akademii Medycznej

Właściwości fizyczne wodorków 6 grupy H2O H2S H2Se Temperatura topnienia [C] 0,0 -85,6 -65,9 Temperatura wrzenia [C] 100,0 -60,8 41,5 Temperatura krytyczna [C] 374,0 100,4 137,0 Ciepło topnienia [kJ/mol] 6,0 2,4 - Cieplo parowania [kJ/mol] 40,6 18,8 Gęstość [g/ml] 1,0 2,0 Napięcie powierzchniowe [dyn/cm] 58,9 28,7 28,9 Moment dipolowy [D] 1,9 1,1

Właściwości wody: wysoka temperatura wrzenia i topnienia wysokie ciepła właściwe, ciepło topnienia i parowania duże napięcie powierzchowe

Rozmieszczenie wody w poszczególnych przestrzeniach wodnych u mężczyzn i kobiet w wieku 20 - 40 lat. Liczby wyrażają procent całkowitej masy ciała   mężczyźni kobiety Woda całkowita 60 54 1. Przestrzeń wodna pozakomórkowa 20 a) przestrzeń wodna pozakomórkowa 5 śródnaczyniowa (osocze krwi) b) przestrzeń wodna pozakomórkowa 15 pozanaczyniowa c) woda transcelularna (trzecia przestrzeń) <2 - 3 2. Przestrzeń wodna wewnątrzkomórkowa 40 34

Stężenia elektrolitów w płynie pozakomórkowym, wyrażone w mg/l, mEq/l i w mmol/L Kationy mg/l mEq/l mmol/L Sód 3260 142 Potas 160 4 Wapń 100 5 2,5 Magnez 24 2 1 Suma 3544 153   Aniony Wodorwęglany 582 26 Chlorki 3586 101 Fosforany 34 1,1 Siarczany 16 0,5 Kwasy organiczne 245 7 Białczny 65000 0,9 69463 5

Skład jonowy surowicy krwi Skład jonowy płynu wewnątrzkomórkowego Suma kationów anionów 198 mEq/l 198 mEq/l Suma kationów anionów 153 mEq/l 153 mEq/l Suma kationów anionów 153 mEq/l 153 mEq/l Na+ Cl- 3 mEq HCO3- 10 mEq SO4- 10 20 K+ 100 160 fosforany 142 101 Cl- Na+ 26 HCO3- K+ 4 65 białczany Ca2+ 2 mEq Ca+ 5 16 białczany aniony resztlowe Mg2+ 26 Mg+ 2 10 Skład jonowy surowicy krwi Skład jonowy płynu wewnątrzkomórkowego 6

Skład jonowy płynów ustrojowych W płynie wewnątrzkomórkowym dominują kationy: potasowy i magnezowy aniony: fosforanowy i białczanowy W płynie zewnątrzkomórkowym dominują kationy: sodowy i wapniowy aniony: chlorkowy i wodorowęglanowy 7

mNaCl = mONa+ + RT ln aNa+ +mO Cl- + RT ln aCl - Równanie Nernsta Potencjał chemiczny jest to wielkość intensywna, ma określoną wielkość w każdym miejscu fazy, nie zależy od jej masy, a jedynie od jej stanu wewnętrznego. Potencjał chemiczny rządzi kierunkiem przemieszczania się substancji chemicznych RT czewn V = ln zF c wewn mNaCl = mONa+ + RT ln aNa+ +mO Cl- + RT ln aCl -

rozpuszczalnik rozpuszczalnik Równowaga Donnana (1) Początkowo A błona B rozpuszczalnik rozpuszczalnik Na+ Pr- Na+ Cl- c1 c1 c2 c2 W trakcie dyfuzji rozpuszczalnik rozpuszczalnik Na+ Pr- Na+ Cl- Po ustaleniu stanu równowagi rozpuszczalnik rozpuszczalnik Cl- Na+ Pr- Na+ Cl- x c1 + x c1 c2 - x c2 – x

Równowaga Donnana (2) Po ustaleniu stanu równowagi rozpuszczalnik rozpuszczalnik Cl- Na+ Pr- Na+ Cl- x c1 + x c1 c2 - x c2 – x mNa+ + RT ln aNa+A +mCl- + RT ln aCl-A = mNa+ + RT ln aNa+B +mCl- + RT ln aCl-B aNa+A aCl-A = aNa+B a Cl-B dla f=1 c=a cNa+A cCl-A = cNa+B c C l-B [Na+ ]A [Cl- ]A = [Na+ ]B[Cl-]B w układzie A [Cl- ] +[Pr- ] = [Na+ ] w układzie B [Na+ ] = [Cl- ]

[Na+ ]A [Cl-]A = [Na+ ]B[Cl-]B Równowaga Donnana (3) [Na+ ]A [Cl-]A = [Na+ ]B[Cl-]B w układzie A [Cl- ] +[Pr- ] = [Na+] w układzie B [Na+ ] = [Cl-] Iloczyn stężeń jonów dyfundujących znajdujących się po jednej strony równy jest iloczynowi substancji dyfundujących znajdujących się po drugiej stronie błony W obu układach suma kationów musi być równa sumie anionów

Równowaga Donnana (4) Z tej strony, z której znajdują się jony niezdolne do dyfuzji, stężenie jonów dyfundujących tego samego znaku co białko, jest zawsze mniejsze, a stężenie jonów przeciwnego znaku większe, w porównaniu do analogicznych stężeń z sąsiadującej przestrzeni zawierającej dyfundujące jony elektrolitu, a nie zawierające jonu niedyfundującego.

Przypadek I – białko o charakterze anionu A błona B Na+ Pr - Na+ Cl – Cl- Na+A > Na+B Cl –A < Cl –B

Przypadek II – białko o charakterze kationu A błona B Cl- Pr + Na+ Cl – Na+ Na+A < Na+B Cl –A > Cl –B

Substancje rozpuszczone wywołują w rozpuszczalniku zmiany: obniżenie temperatury krzepnięcia podwyższenie temperatury wrzenia obniżenie prężności pary nadają roztworowi właściwości wywierania ciśnienia osmotycznego

Powstawanie ciśnienia osmotycznego Błona półprzepuszczalna Błona półprzepuszczalna h Roztwór rozcienczony roztwór stężony stan równowagi dynamicznej

Właściwości ciśnienia osmotycznego (1) W stałej temperaturze ciśnienie osmotyczne jest wprost proporcjonalne do ilości cząsteczek osmotycznie czynnych, czyli swobodnie poruszających się w roztworze. Ciśnienie osmotyczne przy stałej objętości zależy wprost proporcjonalnie od temperatury

Właściwości ciśnienia osmotycznego (2) Równe objętości roztworów, o takich samych ciśnieniach osmotycznych zawierają takie same ilości cząstek osmotycznie czynnych Ciśnienie osmotyczne roztworu zawierającego kilka rozpuszczonych substancji jest równe sumie ciśnień osmotycznych poszczególnych składników

Ciśnienie osmotyczne wyrażamy w jednostkach stężenia – osmolach. 1 osmol odpowiada ciśnieniu osmotycznemu, jakie w temperaturze 0o C wywiera względem wody roztwór niedysocjującej substancji o stężeniu 1 mola/ kg rozpuszczalnika.

Ciśnienie osmotyczne Wartość ciśnienia osmotycznego (osmolalności) dokonujemy przez: pomiar podwyższenia temperatury wrzenia lub pomiar obniżenia temperatury krzepnięcia roztworu. Obniżenie temperatury krzepnięcia o 1,86oC odpowiada cisnieniu osmotycznemu równemu jednemu osmolowi

Ciśnienie osmotyczne Roztwory izoosmotyczne: roztwory oddzielone od siebie błoną idealnie półprzepuszczalną, zawierające taką samą ilość cząsteczek osmotycznie czynnych wykazujące w tej samej temperaturze jednakowe ciśnienie osmotyczne

Ciśnienie osmotyczne W układach biologicznych na powstanie ciśnienia osmotycznego mogą mieć wpływ: wzajemne oddziaływania między cząsteczkami obecność substancji tworzących koloidy zmiany w budowie białkowo-lipidowej błony

Ciśnienie osmotyczne Roztwory izotoniczne: roztwory oddzielone od siebie błoną rzeczywistą (biologiczną) pozostające ze sobą w równowadze osmotycznej Izotoniczność zagwarantowane jest przez zrównoważone stężenie elektrolitów oraz innych związków osmotycznie czynnych w przestrzeniach wodnych oddzielonych rzeczywistą błoną półprzepuszczalną

Oporność osmotyczna erytrocytów hemoliza sferocyt R-r hipotoniczny dyskocyt R-r hipertoniczny plazmoliza echinocyt

Właściwości roztworów wodnych Rozpuszczalność gazów w cieczach (1) Dyfuzja proces samorzutnego przemieszczania się cząstek z przestrzeni o stężeniu wyższym do przestrzeni o stężeniu niższym.

Właściwości roztworów wodnych Rozpuszczalność gazów w cieczach (2) Szybkość dyfuzji gazów rośnie wraz ze wzrostem: temperatury, powierzchni wymiany, gradientu stężeń pomiędzy gazem nad cieczą i w cieczy Szybkość dyfuzji gazów maleje wraz ze wzrostem: wymiaru cząsteczek, które są proporcjonalne do masy gazu, lepkości cieczy, długości drogi dyfuzyjnej

Właściwości roztworów wodnych Rozpuszczalność gazów w cieczach (3) Rozpuszczalność gazów w cieczy zależy od: rodzaju obu substancji, gazu i rozpuszczalnika, „podobne rozpuszcza się w podobnym”, reakcji towarzyszących rozpuszczaniu temperatury i ciśnienia: Prawo Kennedy’iego masa gazu rozpuszczonego w określonej objętości cieczy jest wprost proporcjonalna do ciśnienia parcjalnego gazu znajdującego się nad roztworem. ze wzrostem temperatury maleje rozpuszczalność gazów w cieczach