Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls

En presentation över ämnet: "Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls"— Presentationens avskrift:

1 Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls
Syra, bas och pH Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls Till 2010: Bör kanske visa skillnad stark/svag syra i hand-outs. Nu bör de som var med ha antecknat och sett på animering, men de som inte var med lär sig inte om de inte tittar på animering och funderar när de läser boken. Vi tar ju inte upp stark syra efter denna föreläsning. Vilka syror känner ni till? Skriv upp på tavlan.

2 Viktiga begrepp Kap. 8.2-8.4 och 9.3-9.8 Stark resp svag syra
Stark resp svag bas Korresponderande syra-baspar Jämviktskonstant och syrakonstant Vattnets jonprodukt pH

3 Syror och baser Definition: En syra… Ex. En bas….
Alltså bildar joner när de reagerar med vatten H2O (l) + HCl (g)  H3O+ + Cl- Ser att en proton överförs från syran till vatten. Def. en syra är en partikel som kan avge en proton H+

4 Protolys Syra-bas animeringar!
Men för att en syra ska kunna avge en proton måste den träffa på en annan partikel som kan ta upp protonen. Vad tror ni krävs av den partikel som ska ta upp protonen? Tänk på vad vi gått igenom om atomer, och vad dom har för behov. En proton saknar elektroner, den partikel som ska ta upp protonen har gott om elektroner.  Skriv upp HOH + H med Lewisprickar, ev. rita elektronmoln med fria e- H3O+ Protolys = protonöverföring Många av reaktionerna som sker i kroppen är protonöverföringar! Syra-bas animeringar!

5 Oxoniumjon Oxoniumjon = hydronium ion
H3O+ Oxoniumjon (hydronium ion i Holum) den partikel som är sur, som ger de sura egenskaperna (sur smak, rött lackmuspapper mm) Är alla syror lika sura? Nej, beror ju på hur mycket H3O+ som finns. Visa två flaskor med 0,1 M HCL och 0,1 M HAc. Mäts med pH-meter

6 pH-skalan surt Definition pH = - lg [H3O+] pH = 7 neutralt
vid 25 °C !! Mäts med pH-meter egentligen en voltmeter! basiskt Visa HCl, HAc inte samma pH trots samma konc. Kolsyra ännu högre pH. Vad betyder det att de har högre pH? Mindre sura, lägre konc. oxoniumjoner Fig. 9.8 s. 260

7 pH i saltsyra av olika konc
[H3O+] pH HCl 0,1 mol/L HCl 0,01 mol/L HCl 0,001 mol/L Mars 09: till nästa gång: Skriv rubrik Stark syra HCl 0,1 mol/L [H3O+] =0,1 mol /L = 10-1mol/L pH = -log = - (-1) = 1,0 HCl 0,01 mol/L [H3O+] =0,01 mol/L = 10-2mol/L pH = - (-2) = 2,0 HCl 0,001 mol/L [H3O+] =0,001 mol/L = mol/L pH = - (-3) = 3,0 Vad är [H3O+] konc. när pH = 0? 100 = 1, 1 mol/L surt!

8 Logaritmisk skala Tänk på att en minskning i pH på
1 pH enhet betyder 10 ggr högre [H3O+] 2                                        100 3                                        1000 Ex. 9.3 s.262; Sura sjöar i Norge pH = 5,5 vad är [H3O+]? [H3O+] = 10-pH = 1x 10-5,5 = 1x 100,5x 10-6 = 3,2 x 10-6 ni behöver inte kunna beräkna pH, vill bara att ni skall få en känsla för storlek på konc. Vid pH 5,3 dör kräftor, vid pH 5,1 dör laxfiskar

9 Starka och svaga syror Se tab. 8.1 s. 212
Ska kunna: saltsyra, fosforsyra, ättiksyra och kolsyra Titta på animering Finns starka och svaga syror. Ex. ska kunna saltsyra, fosforsyra, ättiksyra, kolsyra tab. 8.1 s.212 Animering Ser skillnad på stark och svag syra, synd att det inte är ättiksyra. HF så stark attraktion mellan oxoniumjon och fluoridjon, så oxoniumjonen blir inte fri i lösningen, verkar som om det vore en svag syra, fast det eg borde vara en stark syra. Se sid 209. Ev. byt ut mot länken: välj acid strengths

10 Ättiksyra, en svag syra I 0,1 mol/L HCl var pH = 1 [H3O+] =
I 0,1 mol/L HAc är pH =3!? [H3O+] = Hur stor del av alla ättiksyramolekyler har protolyserats? Varför protolyseras inte alla ättiksyramolekyler? Se fig. 9.8 s. 260 igen 0,1 M HCl pH 1 men 0,1 M HAc ättiksyra pH 3?????????????? Varför? Visa animering Dynamisk jmv alltså hela tiden  och , om man löser isättika ren Hac i vatten jmv ställer in sig direkt trots reaktioner åt båda hållen ser man ingen skillnad i koncentration. Kan man veta vilken koncentration man får av oxoniumjonen? Tydligen 0,001 Betyder att väldigt få ättiksyramolekyler är protolyserade. De flesta kvar som HAc

11 Skillnad: Stark och svag syra
La till denna bild efter del 1 tenta. Låt studenterna få formulera och skriva reaktionsformel

12 Bas Definition: Jämför stark och svag bas! Titta på animering
Jmf stark och svag bas! Svag syra har en korresponderande bas som är ganska stark. Acetatjonen vill hellre vara bas än ättiksyramolekylen vill vara syra. Titta på animering

13 Korresponderande syra-baspar
En stark syra har en …………. korresponderande bas En svag syra har en ……………….. korresponderande bas Ju starkare syra desto …………….korresponderande bas Träna på syra-baspar: Syra: HCl H3PO4 HAc H2CO3 Korr. bas: Markera i reaktionsformler på tavlan. Eng. conjugated

14 Kolsyra Rita Lewisstruktur för kolsyra och protolys. Titta på kolsyra, ser man att det kan vara syra? Ja, Skulle bikarbonat kunna vara en syra? Ja, har en till proton som borde kunna avges pss som första protonen. Väntar med det, återkommer. Skulle vätekarbonat kunna vara en bas? Alltså ta upp en proton? Ja, elektronöverskott kan lämna över till elektronunderskott, dvs reaktionen går åt andra hållet. Varför vill vätekarbonat vara bas men inte kloridjon? Finns säkert förklaringar, men överkurs, tar inte upp i den här kursen. Holum: får lära sig tab. 8.1, vilka syror som är starka. Kolsyra en svag syra.

15 Syra-bas jämvikt Reaktionsformel för protolys av H2CO3
Skriv jämviktsekvation för H2CO3 Syrakonstanten för H2CO3 är Skriv protolysformel för H2CO3 vätekarbonatjonen kan tänka sig att ta upp en proton, bilda kolsyra igen. Då fungerar den som en bas. Sammanfatta bägge reaktionerna när man löser kolsyra I vatten  Efterhand som det bildas mer oxonium och vätekarbonatjonen börjar de att krocka och då bildas kolsyra igen. Väldigt snabbt uppnås jmv, fortfarande sker bägge reaktionerna men det bildas lika många nya ättiksyra molekyler som acetatjoner. v1 = v2 Då är ju koncentrationen av alla 4 partiklar konstant. Kan skriva upp jämviktsuttrycket för H2CO3 och def. pKa = -log Ka

16 Vad säger jämviktskonstanten?
Hur mycket finns av [HCO3-] jmf med [H3O+]? Det kan man se av reaktionsformeln Hur mycket finns av [HCO3-] jmf med [H2CO3] Tab. 8.1 s. 212 Ka ( H2CO3)= 4,5 x 10-7 = 0, ,5 Bara en siffra, kan den säga oss något om konc av de 4 partiklarna som finns i lösningen? Detta gäller om man löser ren kolsyra i vatten i en kolv- in vitro. I kroppen (in vivo) bildas både kolsyra och vätekarbonat i ungefär lika mängder, då bildas en buffert.  [HCO3-] x [H3O+] = [H2CO3]x 0, Vad sager det oss? Hur mycket finns av [HCO3-] jmf med [H3O+]? Lika mycket! Hur mycket finns av [HCO3-] jmf med [H2CO3]? Väldigt lite, enl. tab. 8.1 ca 0,2 %!

17 pKa för svaga syror Definition:
Hjälper oss att avgöra hur stark en syra är Se tab. 9.2 s. 266 Ju lägre pKa desto …………………..syra def. pKa = -log Ka Svaga syror se tab. 9.2 s. 266 Ju lägre pKa, desto starkare syra. Ka  10 –3 svag syra Ka 10 –3 – 1 moderat syra Ka  1 stark syra HCl Ka ung 7!

18 pH i vatten? Är vatten surt eller basiskt? Vad är [H3O+] i vatten?
Hur är det med vatten? Det är väl inte surt? Betyder det att det inte finns några [H3O+] i vatten? Om [H3O+] = 0, vad är pH då? –log0 100 ??? Finns inte! Ej definierat! pH i rent vatten = 7,0  Måste betyda att [H3O+] = 10-7 = 0, Inte mycket, men oerhört viktigt! pH i blodet 7,4, om det blir pH 6,8 dör man räkna om till mol/L! Var kommer [H3O+] ifrån? Om vi bara har rent vatten?????

19 Vattnets autoprotolys (self-ionization)
Korrespon- derande syra Korrespon- derande bas Stark bas Stark syra Skriv reaktion på tavlan med Lewisprickar Fig.8.4 s. 207 Syns av reaktionsformeln att det blir lika mycket oxoniumjoner som hydroxidjoner därför säger vi att vatten är en neutral lösning, beror inte på att konc. av H3O+ och OH- är låg utan på att den är lika stor (om vi blandar 1M HCl med 1 M NaOH får vi 1 mol/L av bägge jonerna jättehög konc men ändå neutral lösning)  Dessa joner reagerar gärna med varandra   Kallas vattnets autoprolys (self-ionization i Holum) 2 H2O H3O+ + OH- oxoniumjon den starkaste syran som kan bildas i vattenlösningar hydroxidjon den starkaste basen som kan bildas i vattenlösningar därför som det finns så lite av dem i vattenlösningar, de uppfyller varandras behov av att ge och ta protoner!!!!!!!!! Fig. 8.4 s. 207 Def. Neutral lösning [H3O+] = [OH-] Titta på animering

20 Vattnets jonprodukt Tab. 9.1 s. 260
Skriv först jmv uttrycket, konc för vatten i vattenlösning är 56 mol/L jättehög konc.! Koncentrerad saltsyra är 14 mol/L Om det förbrukas några vattenmolekyler, vid autoprotolysen 0, mol/L, ingen märkbar ändring i totalkonc fortf. 56 Konc av vattenmolekyler i vatten är alltså konstant, Skriv nytt uttryck [H3O+] x [OH-] = Kw = 10-14 härled pH + pOH = 14 gäller i alla vattenlösningar vid 25 grader C. kan räkna ut pH i basiska lösningar pH = 14,00-pOH tab. 9.1 s. 260

21 Starka och svaga baser Ammoniak Natriumhydroxid Tab. 8.2 s. 212
Baskonstant Kb pKb tab.9.3 s. 269 För korr. syra-baspar pKa + pKb = Natriumhydroxid Skriv på högra tavlan, där vi skrev om ammoniak i fredags. Rita Lewisstrukturer Skriv reaktionsformler och ställ upp jämviktsuttrycket Ju högre värde på pKb desto svagare bas Se animering på:

22 Flerprotoniga syror Fosforsyra Kolsyra Citronsyra
Amfolyt = en partikel som kan reagera både som syra och som bas

23 Vätekarbonatjon Bas: Syra:
1) vätekarbonat är korresponderande bas Kb = 2x10-8, mått på hur gärna vätekarbonat vill vara bas 2) Vätekarbonat är syra Ka = 5x10-11 mått på hur gärna vätekarbonat vill vara syra Slutsats vätekarbonat är hellre bas än syra, men kan reagera som syra om den möter en starkare bas.

24 Viktiga syror Citronsyra Mjölksyra

25 Fysiologiskt pH pH i rent vatten pH i blod
Vad händer om vi dricker en CocaCola?