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Puffersysteme im Blut

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André Otto
Puffersysteme im Blut
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema Puffersysteme im Blut

Inhalt

Puffersysteme im Blut – Chemie

Tagtäglich und rund um die Uhr fließt durch deinen Körper das Blut. Ein gesunder Körper hat ein ausgeklügeltes System der Pufferung, um den Säure-Base-Haushalt konstant zu halten. Doch warum ist der $pH$-Wert im Körper so wichtig? In diesem Text und Video lernst du, wie die Puffersysteme im Blut funktionieren,welche Puffersysteme es im Blut (Biochemie) gibt und wieso die Puffersysteme so wichtig sind.

Was sind Puffersysteme im Blut? – Definition

Der Blutpuffer ist ein komplexes Puffersystem, das den pH-Wert des Bluts in seinen Grenzen zwischen 7,35 und 7,45 hält. Ist der $pH$-Wert niedriger als 7,35, wird das als Azidose bezeichnet. Liegt der $pH$-Wert höher als 7,45, spricht man von Alkalose.

Doch warum muss der pH-Wert des Bluts konstant gehalten werden? Für den Organismus ist ein richtig eingestellter $pH$-Wert im Blut lebensnotwendig. Ein zu saurer Körper hat eine zu hohe Konzentration an Wasserstoffprotonen ($\ce{H+}$) und ein zu basischer Körper hat eine zu geringe Konzentration an Wasserstoffprotonen. Die Folge ist, dass sich der Protonierungsgrad der Proteine verändert. Dadurch ändert sich die Konformation der Proteine, was wiederum alle Funktionen des Körpers beeinflusst.

Pufferkapazität im Blut

Wie gut ein Puffer den $pH$-Wert bei der Zugabe starker Basen und Säuren halten kann, wird mit der sogenannten Pufferkapazität beschrieben. Im Blut liegen Alkalireserven vor. Das sind basisch puffernde Substanzen, um eine Pufferkapazität in Bezug auf Kohlenstoffdioxid $(\ce{CO2})$ zu erhalten.

Bei welchem Verhältnis von Puffersäure zu Pufferbase ist die Pufferwirkung am effektivsten? Optimal ist die Pufferwirkung, wenn der $pH$-Wert den Wert von $pK_s \pm 1$ hat. Und wann ist die Pufferkapazität am größten? Als Faustregel gilt hier, dass die Pufferkapazität am größten ist, wenn das Verhältnis der Säure-Base-Konzentration eins zu zehn ($1:10$) entspricht. Wann brauche ich die Puffergleichung? Du brauchst die Puffergleichung, wenn du den $pH$-Wert der Pufferlösung berechnen möchtest. Wie berechnet man die Pufferkapazität? Dazu verwendest du dann die Henderson-Hasselbalch-Gleichung.

Offene und geschlossene Puffersysteme im Blut

Es werden zwei Arten von Puffersystemen im Blut unterschieden: das geschlossene und das offene Puffersystem. Zum Beispiel ist der Essigsäure-Acetat-Puffer ein geschlossenes Puffersystem. Dabei reagieren die Protonen $(\ce{H+})$ bzw. die Hydroxidionen $(\ce{OH-})$ mit der Puffersubstanz zu einer konjugierten Säure oder Base des Puffers. Diese bleiben im Puffer.

Ein Beispiel für das offene Puffersystem ist der Bicarbonat-$\ce{CO2}$-Puffer in der Lunge. Die Komponenten, wie das $\ce{CO2}$, können an die Umwelt abgegeben werden, um den $pH$-Wert zu halten. Das Kohlenstoffdioxidgas $(\ce{CO2})$ wird beispielsweise ausgeatmet.

Funktionen des Bluts

Das Blut fließt tagtäglich durch unseren gesamten Körper. Doch welche Aufgabe hat das Blut eigentlich? Die wesentlichen Aufgaben des Bluts siehst du in der folgenden Liste:

  • Stoffaustausch zwischen den Organen. Bei den Stoffen handelt es sich um Wasser, Salze, Proteine und Gase.
  • Wärmeregulierung: Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität. Das Blut sorgt damit dafür, dass die Körpertemperatur konstant gehalten wird ($\pu{36,3 bis 37,4 °C}$).
  • Nährstoffaufnahme: Im Dünndarm wird die Nahrung enzymatisch zu Nährstoffen abgebaut, die durch die Osmose (Chemie) über die Wand des Dünndarms in das Blut und dadurch in den ganzen Körper gelangen.

Was ist die Pufferfunktion? – Definition

Bisher hast du gelernt, dass im Blut ein komplexes Puffersystem vorliegt. Du hast erfahren, dass der $pH$-Bereich des Bluts eingehalten werden muss, weil das lebensnotwendig ist. Doch was ist ein Puffer überhaupt? Puffersysteme oder Pufferlösungen werden kurz als Puffer bezeichnet. Ein Puffer sorgt dafür, dass sich der $pH$-Wert bei Zugabe einer Säure oder einer Base nur minimal verändert. In der Regel können schwache Säuren mit der korrespondierenden Base oder eine schwache Base mit der korrespondierenden Säure als Puffer eingesetzt werden. Auch Ampholyte (Säure-Base-Paare) eignen sich für den Einsatz als Puffer. Ein Beispiel für ein Ampholyt ist Wasser, das sowohl als Säure als auch als Base reagieren kann.

Blutpuffer – Chemie

Einfach erklärt besteht das Puffersystem im Blut aus vier Puffersystemen. Der $pH$-Wert wird durch diese Puffersysteme im Blut gepuffert.

  • Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer
  • Hämoglobinpuffer
  • Proteinatpuffer
  • Phosphatpuffer

In der folgenden Abbildung mit Kreisdiagramm kannst du dir die prozentuale Beteiligung der Puffersysteme des Bluts sowie deren Pufferwirkung ansehen.

Die vier Puffersysteme des Blutes

Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer

Andere Namen für den Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer sind Kohlensäure-Bicarbonat-System, Bicarbonat-Puffersystem oder Kohlensäure-Bicarbonatpuffer. Dieses Puffersystem ist durch zwei chemische Gleichgewichte gekennzeichnet. Das Enzym Carboanhydrase führt zur Gleichgewichtseinstellung. Hydrogencarbonat ist ein Ampholyt. Das Puffersystem katalysiert etwas mehr als 50 % der Gesamtpufferkapazität des Bluts. Hier siehst du die beiden Gleichgewichtsreaktionen:

$\ce{\underset{Kohlenstoffdioxid}{CO2}+\underset{Wasser}{2H2O} <=> \underset{Kohlensäure}{H2CO3}+ \underset{Wasser}{H2O}<=>\underset{Oxoniumion}{H3O+}+\underset{Hydrogencarbonat}{HCO3-}}$

Hämoglobinpuffer

Das Puffersystem Hämoglobin katalysiert etwa 33 % der Gesamtpufferkapazität im Blut. Die Puffergleichgewichtsreaktion kannst du hier sehen:

$\ce{\underset{Hämoglobin-H^+}{Hb*H+}+\underset{Wasser}{H2O} <=> \underset{Oxoniumion}{H3O+}+ \underset{Hämoglobin}{Hb}}$

Der Hämoglobinpuffer hat Auswirkungen auf den Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer. Die gebildeten Oxoniumionen liegen dann im Überschuss vor, sodass Kohlenstoffdioxid im Blut aufgenommen werden kann.

Proteinatpuffer

Der Proteinatpuffer katalysiert im Blut etwa 10 % der Gesamtpufferkapazität. Das Plasmaprotein – meistens Albumin – ist ein Ampholyt. Die Gleichgewichtsreaktion kannst du hier sehen:

$\ce{\underset{Albumin-H^+}{Alb*H+}+\underset{Wasser}{2H2O} <=> \underset{Oxoniumion}{H3O+}+ \underset{Albumin}{Alb}}$

Phosphatpuffer

Der Phosphatpuffer ist mit nur wenigen Prozent an der Gesamtpufferkapazität des Bluts beteiligt. Dihydrogenphosphat ist ein Ampholyt. Die Gleichgewichtsreaktion kannst du hier sehen:

$\ce{\underset{Dihydrogenphosphat}{H2PO4-}+\underset{Wasser}{2H2O} <=> \underset{Oxoniumion}{H3O+} + \underset{Hydrogenphosphat}{{HPO}_4^{2-}}}$

Puffersysteme im Blut – Zusammenfassung

Nun hast du die $4$ Puffersysteme im menschlichen Blut kennengelernt. Der Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer ist dabei das Hauptpuffersystem im Blut. Die Beispiele der Puffersysteme im Blut sind mit ihren Gleichgewichtsreaktionen in der folgenden Tabelle nochmals zusammengefasst:

1 Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer

$\ce{\underset{Kohlenstoffdioxid}{CO2}+\underset{Wasser}{2H2O} <=> \underset{Kohlensäure}{H2CO3}+ \underset{Wasser}{H2O}<=>\underset{Oxoniumion}{H3O+}+\underset{Hydrogencarbonat}{HCO3-}}$
2 Hämoglobinpuffer

$\ce{\underset{Hämoglobin-H^+}{Hb*H+}+\underset{Wasser}{H2O} <=> \underset{Oxoniumion}{H3O+}+ \underset{Hämoglobin}{Hb}}$
3 Proteinpuffer

$\ce{\underset{Albumin-H^+}{Alb*H+}+\underset{Wasser}{2H2O} <=> \underset{Oxoniumion}{H3O+}+ \underset{Albumin}{Alb}}$
4 Phosphatpuffer

$\ce{\underset{Dihydrogenphosphat}{H2PO4-}+\underset{Wasser}{2H2O} <=> \underset{Oxoniumion}{H3O+}+ \underset{Hydrogenphosphat}{HPO4^{2-}}}$

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Transkript Puffersysteme im Blut

Hallo und ganz herzlich willkommen! In diesem Video geht es um „Puffersysteme im Blut“.

Funktionen des Blutes:
Blut in unserem Körper hat viele Funktionen. 1) Stoffaustausch zwischen den Organen Blut transportiert verschiedene Stoffe zwischen den Körperorganen. Bei den Stoffen handelt es sich um Wasser, Salze, Proteine und Gase. 2) Wärmeregulierung Die hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers verleit dem Blut die Fähigkeit, die Körpertempera­tur in einem engen Bereich konstant zu hal­ten. Ein gesunder menschlicher Körper hat eine Tem­peratur von 36,3 bis 37,4 °C. 3) Nährstoffaufnahme Die aufgenommene Nahrung wird auf ihrem Weg in den Dünndarm enzymatisch abgebaut. Ein Teil der gebildeten Moleküle sind die „Nährstoffe“. Nähr­stoffe gelangen durch Osmose über die Wand des Dünndarms in das Blut.

pH – Wert: Stoffwechselvorgänge können nur in einem en­gen pH – Intervall ablaufen. Ein gesunder menschli­cher Körper hat einen pH – Wert von 7,35 – 7,45.

Regelung des pH – Wertes: Wenn wir von einer Regelung des pH - Wertes spre­chen, so meint man damit: 1) Es geht NICHT um ein stark saures oder ein stark basisches Milieu. Die Einstellung erfolgt stets für neutrale bzw. neutralnahe Werte im pH – Bereich von etwa 5 bis 9. 2) pH – Regelung erfolgt nur bei Zugabe bis zu einer Menge von etwa 10 % Volumen starker Säure/Base (bezogen auf die Lösung).

Die Beschränkungen sind klar: 1) Starke Säuren und Basen werden durch geringe Mengen starker Basen/Säuren NUR TEILWEISE neu­tralisiert. 2) Im Bereich des pH – Wertes von 5 bis 9 sind die Konzentrationen der H+ - Ionen und OH- - Ionen ge­ring. Sie können daher nur etwa 1/10 des Volumens an starker Base/starker Säure (bezogen auf die Lösung) neutralisieren.

Puffersysteme: Puffersysteme, kurz Puffer, gewährleisten die Stabili­tät des pH – Wertes innerhalb enger Gren­zen. Wir wollen uns nicht mit der Zusammensetzung eines Puffers beschäftigen. Wichtiger ist zu klären, welche Eigenschaften eine Pufferlösung besitzen muss. Das sind genau zwei: 1) Ein Puffer reagiert mit Säuren und Basen gleicher­maßen. 2) Das Puffersystem hält den gewünschten pH – Wert in gewissen Grenzen konstant. In manchen Puffern wird die Neutralisation von Säu­ren UND Basen von EINEM EINZIGEN wirksamen Teilchen realisiert. Dieses Teilchen ist somit amphoter, ein Ampholyt. Ein gewünschter pH – Wert kann nur empirisch er­reicht werden. Das geschieht durch die Wahl eines ge­eigneten Puffers.

Blutpuffer: Blutpuffer ist die Bezeichnung für das komplexe Puf­fersystem des Blutes. Es puffert den pH – Wert des Blutes in den engen Grenzen von 7,35 bis 7,45.

Puffersysteme im Blut: Im Blutpuffer wirken vier Puffersysteme zusammen. Bei Säugetieren sind das nach absteigendem Anteil an der gesamten Pufferkapazität: 1. Kohlensäure – Hydrogencarbonat – Puffer (> 1/2) 2. Hämoglobin – Puffer (etwa 1/3) 3. Proteinat – Puffer (etwa 1/10) 4. Phosphat – Puffer (einige Prozent)

Kohlensäure – Hydrogencarbonat – Puffer Das Puffersystem wird durch zwei chemische Gleich­gewichte gekennzeichnet.

Katalysator: Das Enzym Carboanhydrase (51) führt zur Gleichge­wichtseinstellung. Ampholyt, wirksames Teilchen Hydrogencarbonat – Ion HCO3-

Pufferwirkung: gegen Basen: OH- + HCO3- → H2O + CO32- gegen Säuren: H3O+ + HCO3- → 2H2O + CO2

Protonenübergang: In der ersten Reaktion gibt das wirksame Teilchen HCO3- ein Proton ab. Es reagiert wie eine Brönsted – Säure. Im zweiten Fall nimmt das wirksame Teilchen HCO3- ein Proton auf. Es reagiert wie eine Brönsted – Base.

Bestimmung des pH - Wertes Es ist bekannt: Kohlensäure: pKs = 6,1 bei 37 °C Verhältnis c(HCO3-)/c(CO2): 20 : 1

Eingesetzt in die Henderson – Hasselbalch – Glei­chung (Puffergleichung): pH = pKs + lg[c(Base)/c(Säure)] = 6,1 + lg(20/1) pH = 7, 4 Der berechnete pH – Wert liegt sehr schön im ge­wünschten Intervall von 7,35 – 7,45.

Hämoglobin – Puffer Das Puffersystem wird durch ein Gleichgewicht ge­kennzeichnet. Wirksame Teilchen: HbH+, Hb

Pufferwirkung: gegen Basen: OH- + HbH+ → H2O + Hb gegen Säuren: H3O+ + Hb → H2O + HbH+

Protonenübergang: In der ersten Reaktion gibt das wirksame Teilchen HbH+ ein Proton ab. Es reagiert wie eine Brönsted – Säure. Im zweiten Fall nimmt das wirksame Teilchen Hb ein Proton auf. Es reagiert wie eine Brönsted – Base.

Zusammenspiel mit dem Kohlensäure – Hydrogen­carbonat – Puffer Die Protonen – Aufnahme durch Hb hat Auswirkung Auswirkung auf das Hauptpuffer – System: CO2 + 2H2O ⇌ H3O+ + HCO3- Es werden H3O+ - Ionen nachgebildet. Dadurch kann wieder Kohlenstoffdioxid aufgenommen werden.

Proteinat – Puffer Ampholyt, wirksames Teilchen ein Plasmaprotein (meist Albumin) Pufferwirkung: gegen Basen: OH- + Alb → H2O + Alb- gegen Säuren: H3O+ + Alb → 2H2O + AlbH+

Protonenübergang: In der ersten Reaktion gibt das wirksame Teilchen Alb ein Proton ab. Es reagiert wie eine Brönsted – Säure. Im zweiten Fall nimmt das wirksame Teilchen Alb ein Proton auf. Es reagiert wie eine Brönsted – Base.

Phosphat – Puffer Der Puffer ist gekennzeichnet durch das chemische Gleichgewicht: Ampholyt, wirksames Teilchen Dihydrogenphosphat – Ion H2PO4- Pufferwirkung: gegen Basen: OH- + H2PO4- → H2O + HPO42- gegen Säuren: H3O+ + H2PO4- → 2H2O + H2PO4

Protonenübergang: In der ersten Reaktion gibt das wirksame Teilchen H2­PO4- ein Proton ab. Es reagiert wie eine Brönsted – Säure. Im zweiten Fall nimmt das wirksame Teilchen H2PO4- ein Proton auf. Es reagiert wie eine Brönsted – Base.

Zusammenfassung: Das Blut benötigt für seine Funktionen einen pH – Wert zwischen 7,35 und 7,45. Die Pufferung bewirken vier Puffersysteme: Kohlensäure – Hydrogencarbonat, Hämoglobin, Proteinat und Phosphat.

Das war es schon wieder für heute. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüs

Puffersysteme im Blut Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Puffersysteme im Blut kannst du es wiederholen und üben.
  • Formuliere Aussagen über die Regelung des pH-Wertes einer Lösung.

    Tipps

    Nur in Science-Fiction-Stories können Stoffe unbegrenzt reagieren.

    Es gibt Stoffe, die sowohl als Säure als auch Base reagieren können.

    Lösung

    Der pH-Wert eines stark sauren oder stark basischen Mediums wird stabilisiert. Falsch. Für solche pH-Bereiche sind Puffer nicht geeignet..

    Puffer werden vorzugsweise im pH-Bereich von 5 bis 9 eingesetzt. Richtig. Ausnahme gibt es natürlich auch.

    Die pH-Regelung erfolgt für beliebige Mengen zugegebener starker Säuren oder Basen. Falsch, denn jeder Puffer hat seine Kapazität.

    Ein Puffer reagiert mit Säuren wie Basen. Richtig, denn dafür ist der Puffer doch da.

    Der pH-Wert eines Puffers bleibt stets exakt gleich. Falsch. Die Stabilisierung erfolgt nur innerhalb eines gewissen Bereiches.

    Manche Puffer enthalten nur ein wirksames Teilchen. Richtig. Solche Teilchen nennt man Ampholyte.

  • Gib die Reaktionsgleichungen für die Blutpuffer an.

    Tipps

    Kohlenstoffdioxid ergibt zusammen mit Wasser eine Säure.

    Kohlensäure dissoziiert wenig. Dadurch wird die Pufferwirkung erreicht.

    Hämoglobin ist protonierbar.

    Durch Protonenübergang stehen zwei Säurerest-Ionen der Phosphorsäure zweier benachbarter Dissoziationsstufen im Gleichgewicht.

    Lösung

    1. Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer

    $CO_2$ + 2 $H_2O$ $\rightleftharpoons$ $H_2CO_3$ + $H_2O$

    Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser zur unbeständigen Kohlensäure.

    $\rightleftharpoons$ $H_3O^\oplus$ + ${HCO_3}^\ominus$

    Im wässrigen Milieu dissoziiert Kohlensäure unter Bildung von Oxonium-Ionen und Hydrogencarbonat-Ionen.

    2. Hämoglobin-Puffer

    $Hb\!\cdot\!H^\oplus$ + $H_2O$ $\rightleftharpoons$ $Hb$ + $H_3O^\oplus$

    Protoniertes Hämoglobin reagiert mit Wasser zu freiem Hämoglobin und Oxonium-Ionen.

    3. Phosphat-Puffer

    ${H_2PO_4}^\ominus$ + $H_2O$ $\rightleftharpoons$ $H_3O^\oplus$ + ${HPO_4}^{2\ominus}$

    Ein Dihydrogenphosphat-Ion reagiert mit einem Wassermolekül zu einem Oxonium-Ion und einem Hydrogenphosphat-Ion.

  • Erläutere die Pufferwirkung des Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffers.

    Tipps

    Das Säurerest - Ion einer schwachen Säure reagiert mit Oxonium - Ionen zu eben dieser Säure.

    Die Moleküle einer schwachen Säure sind bei Bedarf Protonen - Lieferanten.

    Säuren werden durch niedrige pH - Werte angezeigt, Basen durch hohe pH - Werte.

    Lösung

    1. Das System

    Der Puffer besteht aus einer schwachen Säure und einem leicht löslichen Salz dieser Säure.

    2. Die Dissoziationen

    Kohlensäure:

    $H_2CO_3$ + $H_2O$ $\rightleftharpoons$ $H_3O^\oplus$ + ${HCO_3}^\ominus$

    Die Säure dissoziiert kaum. Das Dissoziationsgleichgewicht ist praktisch vollständig nach links verschoben.

    Natriumhydrogencarbonat:

    $NaHCO_3$ $\rightleftharpoons$ $Na^\oplus$ + ${HCO_3}^\ominus$

    Das Dissoziationsgleichgewicht ist praktisch vollständig nach rechts verschoben.

    3. Stabilität gegenüber Säuren

    $H_3O^\oplus$ + ${HCO_3}^\ominus$ $\longrightarrow$ $H_2CO_3$ + $H_2O$

    Der pH-Wert wird durch die Säure nicht vermindert.

    4. Stabilität gegenüber Basen

    $H_2CO_3$ + $OH^\ominus$ $\longrightarrow$ $H_2O$ + ${HCO_3}^\ominus$

    Der pH-Wert wird durch die Base nicht erhöht.

    Anmerkung: Die im Video beschriebene Reaktion zwischen dem Hydrogencarbonat-Ion und dem Hydroxid-Ion ist wegen der gleichen Ladung der beteiligten Teilchen weniger effektiv.

  • Ermittle eine Bedingung für die Einstellung eines bestimmten pH-Wertes.

    Tipps

    Die benutzte Gleichung nennt man auch Puffergleichung.

    Kohlenstoffdioxid fungiert als Säure.

    Das Hydrogencarbonat-Ion ist eine Brönsted-Base.

    Lösung

    1. Die Gleichung

    Man benutzt die Henderson-Hasselbalch-Gleichung:

    $pH$ = $pK_s$ + lg[$c(Base)$/$c(Säure)$].

    2. Umstellung nach der gesuchten Größe

    $pH$ = $pK_s$ + lg[$c({HCO_3}^\ominus)$/$c(CO_2)$]

    Das gesuchte Verhältnis ist $q$:

    $pH$ = $pK_s$ + lg[$q$].

    Daraus erhalten wir den dekadischen Logarithmus der gesuchten Größe:

    lg[$q$] = $pH$ - $pK_s$.

    3. Rechnung

    lg[$q$] = 7 - 6,1

    q = 10^{0,9}

    Gerundet auf Ganze erhält man:

    $c(Base)$}/{$c(Säure)$ = 8.

  • Bestimme die Anteile der Puffer an der pH-Regulierung des Blutes.

    Tipps

    Der häufigste Anteil wird durch die beste Zugänglichkeit der Komponenten bestimmt.

    Phosphorsäure ist in gewissen Mengen ungiftig. Große Mengen sind mit Sicherheit zu vermeiden.

    Lösung

    • Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer - mehr als die Hälfte
    • Hämoglobin-Puffer - etwa ein Drittel
    • Proteinat-Puffer - etwa ein Zehntel
    • Phosphat-Puffer - weniger als ein Fünfzehntel
    Der Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer ist am einfachsten zu realisieren und stabilisiert im neutralnahen Bereich.

    Der Hämoglobin-Puffer bietet sich durch den Zugang zum Hämoglobin im Blut an.

    Proteine bieten sich durch gute Zugänglichkeit und amphotere Eigenschaften für die Pufferung an.

    Der Phosphatpuffer wirkt im Bereich zwischen pH = 6 bis pH = 8.

  • Erkläre die Pufferwirkung einer Aminosäure.

    Tipps

    Aminosäuren sind Ampholyte.

    Die Teilchen von Aminosäuren können sowohl mit Oxonium-Ionen als auch mit Hydroxid-Ionen reagieren.

    Lösung

    1. Die Modellverbindung

    Das abgebildete Molekül ist die Formel für Glycin. Im neutralen pH-Bereich liegt das Teilchen als Zwitter-Ion vor:

    $H_3N^\oplus-CH_2-COO^\ominus$.

    2. Neutrales Medium

    Bei pH-Werten um 7 reichen die Konzentrationen der Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen nicht aus, um mit dem Aminosäureteilchen zu reagieren. Der größte Teil davon bleibt erhalten.

    3. Zugabe von Säure

    Bei Zufuhr von Oxonium-Ionen findet eine Reaktion mit den Aminosäureteilchen statt:

    $H_3O^\oplus$ + $H_3N^\oplus-CH_2-COO^\ominus$ $\longrightarrow$ $H_3N^\oplus-CH_2-COOH$ + $H_2O$.

    Es kommt praktisch zu keiner Änderung des pH-Wertes in Richtung kleinerer Werte.

    4. Zugabe von Base

    Bei Zugabe von Hydroxid-Ionen findet eine Reaktion mit den Aminosäureteilchen statt:

    $OH^\ominus$ + $H_3N^\oplus-CH_2-COO^\ominus$ $\longrightarrow$ $H_2N-CH_2-COO^\ominus$ + $H_2O$.

    Es kommt zu kaum einer Änderung des pH-Wertes in Richtung größerer Werte.

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