Maklumat

S2018_Kuliah04_Membaca - Biologi


Reaksi Kimia Ciri

Tindak balas kimia berlaku apabila dua atau lebih atom terikat bersama untuk membentuk molekul atau ketika atom terikat dipisahkan. Bahan yang "masuk" kepada reaksi kimia disebut sebagai reaktan (secara konvensional, ini biasanya disenaraikan di sebelah kiri persamaan kimia), dan bahan yang didapati bahawa "keluar" reaksi dikenali sebagai produk (secara konvensional, ini biasanya terdapat di sebelah kanan persamaan kimia). kanan ke kiri; dari atas ke bawah, pepenjuru kanan-ke-kiri, di sekitar anak panah bulat, dll.) dengan menggunakan anak panah untuk mengorientasikan diri anda.

Dalam tindak balas kimia, atom dan unsur-unsur yang terdapat dalam reaktan juga mesti ada dalam produk. Begitu juga, tidak ada apa-apa yang terdapat dalam produk yang tidak terdapat dalam reaktan. Ini kerana tindak balas kimia diatur oleh undang-undang pemuliharaan jisim, yang menyatakan bahawa bahan tidak dapat diciptakan atau dihancurkan dalam reaksi kimia. Ini bermaksud bahawa semasa anda memeriksa tindak balas kimia, anda mesti berusaha menjelaskan semua perkara yang berlaku DAN memastikan bahawa anda dapat menjumpai semuanya dalam perkara yang keluar!

Sama seperti anda dapat menyatakan pengiraan matematik dalam persamaan seperti 2 + 7 = 9, anda juga boleh menggunakan persamaan kimia untuk menunjukkan bagaimana reaktan menjadi produk. Secara konvensional, persamaan kimia biasanya dibaca atau ditulis dari kiri ke kanan. Reaktan di sebelah kiri dipisahkan dari produk di sebelah kanan dengan anak panah berkepala tunggal atau berkepala dua yang menunjukkan arah reaksi kimia. Sebagai contoh, tindak balas kimia di mana satu atom nitrogen dan tiga atom hidrogen menghasilkan ammonia akan ditulis sebagai:

[N + 3H → NH_3. ]

Sejajar dengan itu, pemecahan ammonia ke dalam komponennya ditulis sebagai:

[NH3 → N + 3H. ]

Perhatikan bahawa di kedua-dua arah, anda dapati 1 N dan 3 Hs di kedua sisi persamaan.

Kebolehbalikan

Walaupun semua tindak balas kimia secara teknikal dapat berjalan ke arah kedua arah, beberapa reaksi cenderung menyukai satu arah daripada yang lain. Bergantung pada sejauh mana reaksi berjalan secara spontan dalam kedua-dua atau satu arah, nama yang berbeza dapat diberikan untuk mencirikan kebolehbalikan reaksi. Sebilangan reaksi kimia, seperti yang ditunjukkan di atas, kebanyakannya bergerak ke satu arah dengan arah "terbalik" berlaku pada skala waktu yang lama atau dengan kebarangkalian yang rendah sehingga, untuk tujuan praktikal, kita mengabaikan reaksi "terbalik". Reaksi searah ini juga disebut tidak dapat dipulihkan reaksi dan digambarkan dengan anak panah berkepala tunggal (unidirectional). Sebaliknya, boleh diterbalikkan reaksi adalah mereka yang dapat bergerak dengan pantas ke arah mana pun. Reaksi yang boleh dipulihkan biasanya digambarkan oleh persamaan kimia dengan anak panah berkepala dua yang menunjuk ke arah kedua-dua reaktan dan produk. Dalam praktiknya, anda akan menemui tindak balas kimia yang berterusan; beberapa bergerak terutamanya dalam satu arah dan hampir tidak pernah terbalik, sementara yang lain berubah arah dengan mudah bergantung kepada pelbagai faktor seperti kepekatan relatif bahan dan produk. Istilah ini hanyalah cara untuk menggambarkan reaksi dengan titik keseimbangan yang berbeza.

Gunakan perbendaharaan kata

Anda mungkin menyedari bahawa istilah "reaktan" dan "produk" adalah berkaitan dengan arah tindak balas. Sekiranya anda mempunyai reaksi yang boleh diterbalikkan, produk yang menjalankan reaksi dalam satu arah menjadi reaktan sebaliknya. Anda boleh melabelkan sebatian yang sama dengan dua istilah yang berbeza. Itu boleh sedikit membingungkan. Jadi, apa yang perlu dilakukan dalam kes seperti itu? Jawapannya adalah bahawa jika anda ingin menggunakan istilah "reaktan" dan "produk", anda mesti jelas mengenai arah reaksi yang anda maksudkan - walaupun ketika membincangkan reaksi yang boleh dibalikkan. Pilihan istilah, "reaktan" atau "produk" yang anda gunakan akan menyampaikan kepada orang lain arah reaksi yang anda pertimbangkan.

Mari kita lihat contoh reaksi yang boleh dipulihkan dalam biologi dan membincangkan pengembangan penting idea teras ini yang timbul dalam sistem biologi. Dalam darah manusia, ion hidrogen berlebihan (H+) mengikat ion bikarbonat (HCO3-, membentuk keadaan keseimbangan dengan asid karbonik (H2CO3). Tindak balas ini mudah dibalikkan. Sekiranya asid karbonik ditambahkan ke sistem ini, sebahagiannya akan ditukarkan menjadi ion bikarbonat dan hidrogen ketika sistem kimia mencari keseimbangan.

[HCO_3 ^ - + H ^ + rightleftharpoons H_2CO_3 ]

Contoh di atas mengkaji dan "ideal" sistem kimia kerana ia mungkin berlaku dalam tabung uji. Walau bagaimanapun, dalam sistem biologi, keseimbangan untuk satu reaksi jarang dicapai seperti yang terdapat dalam tabung uji. Dalam sistem biologi, reaksi tidak berlaku secara terpisah. Sebaliknya, kepekatan reaktan dan / atau produk sentiasa berubah, selalunya dengan produk satu reaksi menjadi reaktan untuk tindak balas yang lain. Reaksi berkait ini membentuk apa yang dikenali sebagai laluan biokimia. Contoh langsung di bawah menggambarkan perkara ini. Walaupun tindak balas antara bikarbonat / proton dan asid karbonik sangat berbalik, ternyata, secara fisiologi, reaksi ini biasanya "ditarik" ke arah pembentukan asid karbonik. Kenapa? Seperti yang ditunjukkan di bawah, asid karbonik menjadi reaktan untuk tindak balas biokimia lain - penukaran asid karbonik menjadi CO2 dan H2O. Penukaran ini mengurangkan kepekatan H2CO3, sehingga menarik tindak balas antara bikarbonat dan H+ ke kanan. Lebih-lebih lagi, reaksi unidirection ketiga, penyingkiran CO2 dan H2O dari sistem, juga menarik reaksi lebih jauh ke kanan. Reaksi seperti ini adalah penyumbang penting untuk mengekalkan H+ homeostasis darah kita.

[HCO_3 ^ - + H ^ + rightleftharpoons H_2CO_3 rightleftharpoons CO_2 + H_20 rightarrow waste ]

Tindak balas yang melibatkan sintesis asid karbonik sebenarnya dikaitkan dengan pemecahannya menjadi (CO_2 ) dan (H_2O ). Produk ini kemudian dikeluarkan dari sistem / badan apabila dihembuskan. Bersama-sama, pemecahan asid karbonik dan tindakan mengeluarkan produk menarik reaksi pertama ke kanan.

Reaksi sintesis

Banyak makromolekul dibuat dari subunit yang lebih kecil, atau blok bangunan, yang disebut monomer. Monomers berpaut secara kovalen untuk membentuk molekul yang lebih besar yang dikenali sebagai polimer. Selalunya, sintesis polimer dari monomer juga akan menghasilkan molekul air sebagai produk tindak balas. Jenis tindak balas ini dikenali sebagai sintesis penyahhidratan atau pemeluwapan reaksi.

Rajah 1. Dalam reaksi sintesis dehidrasi yang digambarkan di atas, dua molekul glukosa dihubungkan bersama untuk membentuk maltosa disakarida. Dalam proses itu, molekul air terbentuk.

Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asal)

Dalam tindak balas sintesis dehidrasi (Rajah 1), hidrogen satu monomer bergabung dengan kumpulan hidroksil monomer lain, melepaskan molekul air. Pada masa yang sama, monomer berkongsi elektron dan membentuk ikatan kovalen. Apabila monomer tambahan bergabung, rantai monomer berulang ini membentuk polimer. Jenis monomer yang berlainan dapat digabungkan dalam banyak konfigurasi, sehingga menimbulkan sekumpulan makromolekul yang pelbagai. Bahkan satu jenis monomer dapat bergabung dengan pelbagai cara untuk membentuk beberapa polimer yang berbeza; sebagai contoh, monomer glukosa adalah penyusun pati, glikogen, dan selulosa.

Dalam contoh monomer karbohidrat di atas, polimer terbentuk oleh tindak balas dehidrasi; jenis tindak balas ini juga digunakan untuk menambahkan asid amino ke rantai peptida yang tumbuh dan nukleotida ke polimer DNA atau RNA yang sedang tumbuh. Lawati modul mengenai Asid Amino, Lipid, dan Asid Nukleik untuk melihat apakah anda dapat mengenal pasti molekul air yang dikeluarkan apabila monomer ditambahkan ke polimer yang sedang tumbuh.

Gambar 2. Ini menggambarkan, menggunakan kata-kata, (dihiasi dengan kumpulan fungsional berwarna merah) reaksi sintesis / pemeluwapan dehidrasi generik.

Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asal)

Tindak balas hidrolisis

Polimer dipecah menjadi monomer dalam tindak balas yang dikenali sebagai hidrolisis. Reaksi hidrolisis merangkumi molekul air sebagai reaktan (Rajah 3). Semasa tindak balas ini, polimer dapat dipecah menjadi dua komponen: satu produk membawa ion hidrogen (H+) dari air, sementara produk kedua membawa sisa hidroksida air (OH).

Gambar 3. Dalam tindak balas hidrolisis yang ditunjukkan di sini, maltosa disakarida dipecah menjadi dua monomer glukosa dengan penambahan molekul air. Perhatikan bahawa tindak balas ini adalah kebalikan dari reaksi sintesis yang ditunjukkan dalam Rajah 1 di atas.

Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asal)

Gambar 4. Ini menggambarkan menggunakan kata-kata (dihiasi dengan kumpulan berfungsi berwarna merah) reaksi hidrolisis generik.

Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asal)

Sintesis dehidrasi dan reaksi hidrolisis dikatalisis, atau "dipercepat" oleh enzim tertentu. Perhatikan bahawa kedua-dua sintesis dehidrasi dan reaksi hidrolisis melibatkan pembuatan dan pemutusan ikatan antara reaktan — penyusunan semula ikatan antara atom dalam reaktan. Dalam sistem biologi (tubuh kita termasuk), makanan dalam bentuk polimer molekul dihidrolisis menjadi molekul yang lebih kecil oleh air melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim dalam sistem pencernaan. Ini membolehkan nutrien yang lebih kecil diserap dan digunakan semula untuk pelbagai tujuan. Di dalam sel, monomer yang berasal dari makanan kemudian dapat disatukan kembali menjadi polimer yang lebih besar yang berfungsi dengan fungsi baru.

Pautan yang membantu:

Lawati laman web ini untuk melihat gambaran visual sintesis dehidrasi dan hidrolisis.
Contoh Hydrolysis with Enzyme Action ditunjukkan dalam video berdurasi 3 minit ini yang bertajuk: Hydrolysis of Sucrose by Sucrase.

Reaksi pertukaran / pemindahan

Kita juga akan menemui reaksi yang disebut sebagai reaksi pertukaran. Dalam jenis reaksi ini, "bahagian" molekul dipindahkan antara satu sama lain - ikatan dipecahkan untuk melepaskan bahagian molekul dan ikatan terbentuk antara bahagian yang dilepaskan dan molekul yang lain. Reaksi yang dikatalisis oleh enzim ini biasanya merupakan proses kimia bertingkat yang cukup kompleks.

Gambar 5. Reaksi pertukaran di mana sintesis dan hidrolisis dapat berlaku, ikatan kimia kedua-duanya terbentuk dan pecah, digambarkan menggunakan analogi kata.

Keseimbangan kimia — Bahagian 1: tindak balas ke hadapan dan terbalik

Memahami konsep keseimbangan kimia sangat penting untuk mengikuti beberapa perbincangan yang telah kita lakukan dalam BIS2A dan sememangnya di seluruh biologi dan sains. Sukar untuk menerangkan konsep keseimbangan kimia sepenuhnya tanpa merujuk kepada tenaga sistem, tetapi demi kesederhanaan, mari kita cuba pula dan simpan perbincangan tenaga untuk bab yang lain. Sebaliknya, marilah kita mulai mengembangkan pemahaman kita tentang keseimbangan dengan mempertimbangkan reaksi yang boleh dibalikkan di bawah:

Reaksi hipotetikal # 1: Reaksi hipotesis yang melibatkan sebatian A, B dan D. Sekiranya kita membaca ini dari kiri ke kanan, kita akan mengatakan bahawa A dan B bersatu untuk membentuk sebatian yang lebih besar: D. Membaca reaksi dari kanan ke kiri, kita akan mengatakan bahawa sebatian D dipecah menjadi sebatian yang lebih kecil: A dan B.

Pertama-tama kita harus menentukan apa yang dimaksud dengan "reaksi terbalik." Istilah "reversibel" bermaksud bahawa tindak balas dapat berlanjutan ke dua arah. Iaitu, perkara-perkara di sebelah kiri persamaan tindak balas dapat bertindak balas bersama untuk menjadi perkara-perkara di sebelah kanan persamaan, DAN perkara-perkara di sebelah kanan persamaan juga dapat bertindak balas bersama untuk menjadi perkara-perkara di sebelah kiri persamaan. Reaksi yang hanya berlaku dalam satu arah disebut reaksi tidak dapat dipulihkan.

Untuk memulakan perbincangan mengenai keseimbangan, kita mulakan dengan mempertimbangkan reaksi yang kita anggap mudah dibalikkan. Dalam kes ini, ia adalah reaksi yang digambarkan di atas: pembentukan khayalan bagi sebatian D dari sebatian A dan B. Oleh kerana ia adalah tindak balas yang boleh dibalikkan, kita juga dapat menyebutnya sebagai penguraian D menjadi A dan B. Mari kita bayangkan, bagaimanapun, eksperimen di mana kita menyaksikan tindak balas dari titik permulaan di mana hanya A dan B yang hadir.

Contoh # 1: Tindak balas seimbang kiri

Tindak balas hipotesis # 1: perjalanan masa
Penumpuant = 0t = 1t = 5t = 10t = 15t = 20t = 25t = 30t = 35t = 40
[A]100908070656260606060
[B]100908070656260606060
[C]0102030453840404040

Pada masa t = 0 (sebelum tindak balas dimulakan), tindak balas mempunyai 100 unit kepekatan sebatian A dan B dan unit sifar sebatian D. Kini kita membiarkan tindak balas diteruskan dan memerhatikan kepekatan individu ketiga sebatian tersebut dari masa ke masa (t = 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, dan 40 unit masa). Semasa A dan B bertindak balas, D terbentuk. Sebenarnya, seseorang dapat melihat D terbentuk dari t = 0 hingga t = 25. Namun, selepas itu, kepekatan A, B dan D berhenti berubah. Setelah tindak balas mencapai titik di mana kepekatan komponen berhenti berubah, kita mengatakan bahawa reaksi telah mencapai keseimbangan. Perhatikan bahawa kepekatan A, B, dan D tidak sama pada keseimbangan. Sebenarnya, reaksi itu kelihatan seimbang sehingga terdapat lebih banyak A dan B daripada D.

Catatan

**** Amaran salah faham pelajar biasa ****

Ramai pelajar menjadi mangsa salah tanggapan bahawa kepekatan reaktan dan produk tindak balas mestilah sama pada keseimbangan. Memandangkan istilah keseimbangan terdengar seperti perkataan "sama," ini tidak menghairankan. Tetapi seperti percubaan di atas cuba digambarkan, ini TIDAK betul!

Contoh # 2: reaksi seimbang yang betul

Kita dapat mengkaji reaksi hipotetis kedua, sintesis sebatian J dari sebatian E dan F.

Tindak balas hipotesis # 2: Reaksi hipotetis yang melibatkan sebatian E, F dan J. Sekiranya kita membaca ini dari kiri ke kanan, kita akan mengatakan bahawa E dan F bersatu membentuk sebatian yang lebih besar: J. Membaca reaksi dari kanan ke kiri, kita akan mengatakan bahawa sebatian J dipecah menjadi sebatian yang lebih kecil: E dan F.

Struktur tindak balas hipotesis # 2 kelihatan sama dengan reaksi hipotetis # 1, yang kita pertimbangkan di atas - dua perkara bersatu untuk membuat satu perkara yang lebih besar. Kita hanya perlu menganggap, dalam kes ini, bahawa E, F, dan J mempunyai sifat yang berbeza dari A, B, dan D. Mari kita bayangkan percubaan yang serupa dengan yang dinyatakan di atas dan meneliti data ini:

Tindak balas hipotesis # 2: perjalanan masa


Dalam kes ini, tindak balas juga mencapai keseimbangan. Namun, kali ini, keseimbangan berlaku pada sekitar t = 30. Selepas titik itu, kepekatan E, F, dan J tidak berubah. Perhatikan lagi bahawa kepekatan E, F, dan J tidak sama pada keseimbangan. Berbeza dengan reaksi hipotesis # 1 (reaksi ABD), kali ini kepekatan J, benda di sebelah kanan anak panah, berada pada kepekatan yang lebih tinggi daripada E dan F. Kami mengatakan bahawa, untuk reaksi ini, keseimbangan terletak ke kanan.

Empat perkara lagi perlu dibuat pada masa ini.

Titik 1: Sama ada keseimbangan untuk tindak balas terletak di sebelah kiri atau kanan akan menjadi fungsi sifat sifat-sifat komponen reaksi dan keadaan persekitaran di mana reaksi berlaku (mis. Suhu, tekanan, dll.).

Perkara 2: Kita juga dapat membincangkan keseimbangan menggunakan konsep tenaga, dan kita akan melakukannya segera, belum.

Titik 3: Walaupun reaksi hipotesis # 1 dan # 2 nampaknya mencapai titik di mana reaksi telah "berhenti", anda harus membayangkan bahawa reaksi masih berlaku walaupun keseimbangan telah dicapai. Pada keseimbangan reaksi "hadapan" dan "terbalik" berlaku pada kadar yang sama. Iaitu, dalam contoh # 2, pada keseimbangan J terbentuk dari E dan F pada kadar yang sama bahawa ia dipecah menjadi E dan F. Ini menjelaskan bagaimana kepekatan sebatian tidak berubah walaupun pada kenyataannya tindak balas masih berlaku.

Titik 4: Dari keterangan keseimbangan ini, kita dapat menentukan sesuatu yang kita namakan pemalar keseimbangan. Biasanya, pemalar diwakili oleh huruf besar K dan boleh ditulis sebagai Kpersamaan. Dari segi kepekatan, Kpersamaan ditulis sebagai produk matematik kepekatan produk tindak balas (barang di sebelah kanan) dibahagi dengan produk matematik kepekatan reaktan (barang di sebelah kiri). Contohnya, Kpersamaan, 1 = [D] / [A] [B], dan Kpersamaan, 2 = [J] / [E] [F]. Tanda kurung persegi "[]" menunjukkan "kepekatan" apa sahaja yang ada di dalam kurungan.

Apakah peranan Kimia Asid / Asas dalam Bis2A?

Kami telah mengetahui bahawa tingkah laku kumpulan berfungsi kimia sangat bergantung pada komposisi, susunan dan sifat atom penyusunnya. Seperti yang akan kita lihat, beberapa sifat kumpulan fungsional biologi utama dapat diubah bergantung pada pH (kepekatan ion hidrogen) larutan di mana mereka dimandikan.

Sebagai contoh, beberapa kumpulan berfungsi pada molekul asid amino yang membentuk protein boleh wujud dalam keadaan kimia yang berbeza bergantung pada pH. Kita akan mengetahui bahawa keadaan kimia kumpulan berfungsi ini dalam konteks protein boleh memberi kesan yang mendalam terhadap bentuk protein atau kemampuannya untuk melakukan reaksi kimia. Semasa kita mengikuti kursus ini, kita akan melihat banyak contoh kimia jenis ini dalam konteks yang berbeza.

pH secara formal ditakrifkan sebagai:

[pH = - log_ {10} [H ^ +] ]

Dalam persamaan di atas, tanda kurung persegi di sekitar (H ^ + ) menunjukkan kepekatan. Sekiranya perlu, cubalah tinjauan matematik di logaritma wiki atau logaritma kahn. Lihat juga: kamus konsentrasi atau kepekatan wiki.

Ion hidrogen dihasilkan secara spontan dalam air tulen dengan pemisahan (pengionan) sebilangan kecil molekul air menjadi jumlah hidrogen yang sama (H+) ion dan hidroksida (OH-) ion. Walaupun ion hidroksida disimpan dalam larutan dengan ikatan hidrogennya dengan molekul air yang lain, ion hidrogen, yang terdiri daripada proton telanjang, segera tertarik pada molekul air yang tidak terion, membentuk ion hidronium (H30+).

Namun, secara konvensional, saintis merujuk kepada ion hidrogen dan kepekatannya seolah-olah mereka bebas dalam keadaan ini dalam air cair. Ini adalah satu lagi contoh jalan pintas yang sering kita ambil - lebih mudah menulis H+ bukannya H3O+. Kita hanya perlu sedar bahawa jalan pintas ini sedang diambil; jika tidak, kekeliruan akan berlaku.

Rajah 1: Air secara spontan terasing menjadi kumpulan proton dan hidroksil. Proton akan bergabung dengan molekul air yang membentuk ion hidronium.
Atribusi: Marc T. Facciotti

The pH larutan adalah ukuran kepekatan ion hidrogen dalam larutan (atau bilangan ion hidronium). Bilangan ion hidrogen adalah ukuran langsung bagaimana berasid atau seberapa asas larutannya.

The skala pH adalah logaritma dan berkisar antara 0 hingga 14 (Rajah 2). Kami menentukan pH = 7.0 sebagai neutral. Apa-apa dengan pH di bawah 7.0 disebut berasid dan sebarang pH yang dilaporkan melebihi 7.0 disebut beralkali atau asas. Ekstrim pH dalam kedua-dua arah dari 7.0 biasanya dianggap tidak ramah bagi kehidupan, walaupun ada contoh yang sebaliknya. Tahap pH dalam tubuh manusia biasanya berkisar antara 6,8 dan 7,4, kecuali di perut di mana pH lebih berasid, biasanya antara 1 dan 2.

Gambar 2: Skala pH bermula dari berasid hingga asas dengan pelbagai sebatian biologi atau bahan yang ada pada pH tertentu. Atribusi: Marc T. Facciotti

Untuk maklumat tambahan:

Tonton video ini untuk penjelasan alternatif mengenai pH dan skala logaritmiknya.

Kepekatan ion hidrogen yang terasing dari air tulen ialah 1 × 10-7 tahi lalat H+ ion per liter air.

1 mol (mol) bahan (yang boleh menjadi atom, molekul, ion, dll), ditakrifkan sebagai sama dengan 6.02 x 1023 zarah bahan. Oleh itu, 1 mol air sama dengan 6.02 x 1023 molekul air. PH dikira sebagai negatif logaritma asas 10 unit kepekatan ini. Log itu10 dari 1 × 10-7 adalah -7.0, dan negatif dari nombor ini menghasilkan pH 7.0, yang juga dikenal sebagai pH neutral.

Pembacaan pH tidak neutral hasil daripada larutan asid atau basa di dalam air. Kepekatan ion hidrogen yang tinggi menghasilkan bilangan pH yang rendah, sedangkan tahap ion hidrogen yang rendah menghasilkan pH yang tinggi.

Hubungan terbalik antara pH dan kepekatan proton membingungkan banyak pelajar - luangkan masa untuk meyakinkan diri anda bahawa anda "mendapatkannya."

Seorang asid adalah bahan yang meningkatkan kepekatan ion hidrogen (H+) dalam larutan, biasanya dengan salah satu atom hidrogennya terurai. Sebagai contoh, kita telah mengetahui bahawa kumpulan berfungsi karboksil adalah asid. Atom hidrogen dapat memisahkan dari atom oksigen yang menghasilkan proton bebas dan kumpulan berfungsi bermuatan negatif. A asas membekalkan sama ada ion hidroksida (OH) atau ion bermuatan negatif lain yang bergabung dengan ion hidrogen, berkesan mengurangkan H+ kepekatan dalam larutan dan dengan itu meningkatkan pH. Dalam kes di mana asas melepaskan ion hidroksida, ion ini mengikat ion hidrogen bebas, menghasilkan molekul air baru. Sebagai contoh, kita telah mengetahui bahawa kumpulan fungsi amina adalah asas. Atom nitrogen akan menerima ion hidrogen dalam larutan, sehingga mengurangkan bilangan ion hidrogen yang menaikkan pH larutan.

Gambar 3: Kumpulan asid karboksilik bertindak sebagai asid dengan melepaskan proton ke dalam larutan. Ini meningkatkan bilangan proton dalam larutan dan seterusnya menurunkan pH. Kumpulan amino bertindak sebagai asas dengan menerima ion hidrogen dari larutan, mengurangkan bilangan ion hidrogen dalam larutan, sehingga meningkatkan pH.
Atribusi: Erin Easlon

Sumber pH tambahan

Berikut adalah beberapa pautan tambahan pada pH dan pKa untuk membantu mempelajari bahan tersebut. Perhatikan bahawa terdapat modul tambahan yang dikhaskan untuk pKa.

PKa

pKa ditakrifkan sebagai log negatif10 pemalar pemisahan asid, Knyaa. Oleh itu, pKa adalah ukuran kuantitatif seberapa mudah atau seberapa cepat asid melepaskan protonnya [H+] dalam larutan dan dengan itu ukuran "kekuatan" asid. Asid kuat mempunyai pKa kecil, asid lemah mempunyai pKa yang lebih besar.

Asid yang paling biasa yang akan kita bincangkan dalam BIS2A adalah kumpulan berfungsi asid karboksilik. Asid ini biasanya lemah asid, yang bermaksud bahawa mereka hanya memisahkan sebahagian (menjadi H+ kation dan RCOO- anion) dalam larutan neutral. HCL (hidrogen klorida) adalah perkara biasa kuat asid, yang bermaksud bahawa ia akan sepenuhnya terurai menjadi H+ dan Cl-.

Perhatikan bahawa perbezaan utama dalam rajah di bawah antara asid kuat atau asas dengan asid lemah atau asas adalah anak panah tunggal (kuat) berbanding anak panah ganda (lemah). Sekiranya anak panah tunggal anda dapat menafsirkannya dengan membayangkan bahawa hampir semua reaktan telah diubah menjadi produk. Lebih-lebih lagi, sukar bagi reaksi untuk mundur ke belakang ke keadaan di mana proton kembali dikaitkan dengan molekul yang sebelumnya dikaitkan. Sekiranya asid atau basa lemah, anak panah dua sisi dapat ditafsirkan dengan menggambarkan reaksi di mana:

  1. kedua-dua bentuk asid konjugat atau asas (itulah yang kita sebut molekul yang "menahan" proton - iaitu CH3OOH dan CH3OO-, masing-masing dalam rajah) hadir pada masa yang sama dan
  2. nisbah kedua-dua kuantiti itu dapat berubah dengan mudah dengan menggerakkan tindak balas ke kedua arah.

Rajah 1. Contoh asid kuat dan asas kuat dalam keadaan protonasi dan deprotonasinya. Nilai pKa mereka ditunjukkan di sebelah kiri. Facciotti

Elektronegativiti berperanan dalam kekuatan asid. Sekiranya kita menganggap kumpulan hidroksil sebagai contoh, elektronegativiti atom atau atom yang lebih besar (ditunjukkan R) yang melekat pada kumpulan hidroksil dalam asid R-O-H menghasilkan ikatan H-O yang lebih lemah, sehingga lebih mudah terionisasi. Ini bermaksud tarikan pada elektron dari atom hidrogen semakin besar apabila atom oksigen yang melekat pada atom hidrogen juga melekat pada atom elektronegatif lain. Contohnya ialah HOCL. Cl elektronegatif mempolarisasi ikatan H-O, melemahkannya dan memudahkan pengionan hidrogen. Sekiranya kita membandingkannya dengan asid lemah di mana oksigen terikat ke atom karbon (seperti dalam asid karboksilik) oksigen terikat pada atom hidrogen dan karbon. Dalam kes ini, oksigen tidak terikat pada atom elektronegatif lain. Oleh itu ikatan H-O tidak stabil lagi dan asid dianggap sebagai asid lemah (ia tidak melepaskan proton semudah asid kuat).

Gambar 2. Kekuatan asid dapat ditentukan oleh elektronegativiti atom yang diikat oleh oksigen. Sebagai contoh, Asid Asetik Asid yang lemah, oksigen terikat dengan karbon, atom dengan elektronegativiti rendah. Dalam asid kuat, asid Hipoklor, atom oksigen terikat pada atom Klorida yang lebih elektronegatif.
Atribusi: Erin Easlon

Dalam Bis2A anda akan diminta untuk menghubungkan pH dan pKa satu sama lain ketika membincangkan keadaan protonasi asid atau basa, misalnya, dalam asid amino. Bagaimana kita dapat menggunakan maklumat yang diberikan dalam modul ini untuk menjawab soalan: Adakah kumpulan fungsional pada asid amino Glutamate akan diprotonasikan atau deprotonasi pada pH 2, pada pH 8, pada pH 11?

Untuk mula menjawab soalan ini, kita perlu mewujudkan hubungan antara pH dan pKa. Hubungan antara pKa dan pH ditunjukkan secara matematik oleh persamaan Henderson-Hasselbach yang ditunjukkan di bawah, di mana [A-] mewakili bentuk asid yang tidak disekat dan [HA] mewakili bentuk asid yang diprotonasikan.

Gambar 3. Persamaan Henderson-Hasselbach

Penyelesaian untuk persamaan ini diperoleh dengan menetapkan pH = pKa. Dalam kes ini, log ([A-] / [HA]) = 0, dan [A-] / [HA] = 1. Ini bermakna bahawa apabila pH sama dengan pKa, terdapat jumlah bentuk protonasi dan deprotonasi yang sama dari asid. Sebagai contoh, jika pKa asid adalah 4.75, pada pH 4.75 asid itu akan wujud sebagai 50% protonated dan 50% deprotonated. Ini juga bermaksud ketika pH meningkat, lebih banyak asid akan ditukar menjadi keadaan deprotonasi dan pada suatu ketika pH akan sangat tinggi sehingga mayoritas asam akan ada dalam keadaan deprotonasi.

Gambar 4. Grafik ini menggambarkan keadaan protonasi asid asetik semasa pH berubah. Pada pH di bawah pKa, asid diprotonasikan. Pada pH di atas pKa asid deprotonasi. Sekiranya pH sama dengan pKa, asidnya 50% protonated dan 50% deprotonated. Atribusi: Ivy Jose

Di BIS2A, kita akan melihat keadaan protonasi dan keadaan deprotonasi asid amino. Asid amino mengandungi pelbagai kumpulan berfungsi yang boleh menjadi asid atau basa. Oleh itu, status protonasi / deprotonasinya boleh menjadi lebih rumit. Berikut adalah hubungan antara pH dan pKa asid amino Glutamic Acid. Dalam grafik ini kita dapat mengajukan soalan yang kita ajukan sebelumnya: Adakah kumpulan berfungsi pada asid amino Glutamate akan diprotonasikan atau deprotonasi pada pH 2, pada pH 8, pada pH 11?

Gambar 5. Grafik ini menggambarkan keadaan protonasi glutamat ketika pH berubah. Pada pH di bawah pKa untuk setiap kumpulan berfungsi pada asid amino, kumpulan berfungsi dilindungi. Pada pH di atas pKa untuk kumpulan berfungsi, ia dilenyapkan. Sekiranya pH sama dengan pKa, kumpulan berfungsi 50% protonated dan 50% deprotonated.
Atribusi: Ivy Jose

Catatan: Kemungkinan perbincangan

  1. Berapakah caj keseluruhan Glutamat percuma pada pH 5?
  2. Berapakah caj keseluruhan Glutamat percuma pada pH 10?


Tonton videonya: Webinar Series 1 Biologi Farmasi Studi Etnomedisin: Eksplorasi Tanaman Obat Tradisional (Januari 2022).