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2.5 : Tampons, pH, acides et bases - Biologie

2.5 : Tampons, pH, acides et bases - Biologie


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Objectifs d'apprentissage

  • Identifier les caractéristiques des acides
  • Identifier les caractéristiques des bases
  • Définir les tampons et discuter du rôle qu'ils jouent dans la biologie humaine

L'échelle de pH va de 0 à 14. Le pH d'une solution est une mesure de son acidité ou de son alcalinité (base). Vous avez probablement utilisé du papier de tournesol, du papier qui a été traité avec un colorant naturel soluble dans l'eau afin qu'il puisse être utilisé comme indicateur de pH, pour tester la quantité d'acide ou de base (alcalinité) existant dans une solution. Vous en avez peut-être même utilisé pour vous assurer que l'eau d'une piscine extérieure est correctement traitée.

Ce test de pH mesure la quantité d'ions hydrogène qui existe dans une solution donnée. Des concentrations élevées d'ions hydrogène donnent un pH bas (substances acides), tandis que de faibles niveaux d'ions hydrogène entraînent un pH élevé (substances basiques). La concentration globale d'ions hydrogène est inversement proportionnelle à son pH et peut être mesurée sur l'échelle de pH (Figure 1). Par conséquent, plus il y a d'ions hydrogène, plus le pH est bas ; à l'inverse, moins il y a d'ions hydrogène, plus le pH est élevé. Un changement d'une unité sur l'échelle du pH représente un changement de la concentration en ions hydrogène d'un facteur 10, un changement de deux unités représente un changement de la concentration en ions hydrogène d'un facteur 100. Ainsi, de petits changements de pH représentent de grands changements dans les concentrations d'ions hydrogène. L'eau pure est neutre. Il n'est ni acide ni basique et a un pH de 7,0. Tout ce qui est inférieur à 7,0 (allant de 0,0 à 6,9) est acide, et tout ce qui est supérieur à 7,0 (de 7,1 à 14,0) est alcalin. Le sang dans vos veines est légèrement alcalin (pH = 7,4). L'environnement de votre estomac est très acide (pH = 1 à 2). Le jus d'orange est légèrement acide (pH = environ 3,5), tandis que le bicarbonate de soude est basique (pH = 9,0).

Les acides sont des substances qui fournissent des ions hydrogène (H+) et un pH plus bas, tandis que les bases fournissent des ions hydroxyde (OH) et augmenter le pH. Plus l'acide est fort, plus il donne facilement H+. Par exemple, l'acide chlorhydrique et le jus de citron sont très acides et abandonnent facilement H+ lorsqu'il est ajouté à l'eau. Inversement, les bases sont les substances qui donnent facilement de l'OH. L'OH les ions se combinent avec H+ pour produire de l'eau, ce qui augmente le pH d'une substance. L'hydroxyde de sodium et de nombreux nettoyants ménagers sont très alcalins et renoncent à OH rapidement lorsqu'il est placé dans l'eau, augmentant ainsi le pH.

Tampons

La plupart des cellules de notre corps fonctionnent dans une fenêtre très étroite de l'échelle de pH, allant généralement de 7,2 à 7,6. Si le pH du corps est en dehors de cette plage, le système respiratoire fonctionne mal, tout comme d'autres organes du corps. Les cellules ne fonctionnent plus correctement et les protéines se décomposent. Une déviation en dehors de la plage de pH peut induire le coma ou même causer la mort.

Alors comment se fait-il que nous puissions ingérer ou inhaler des substances acides ou basiques et ne pas mourir ? Les tampons sont la clé. Les tampons absorbent facilement l'excès de H+ ou OH, en maintenant le pH du corps soigneusement maintenu dans la plage étroite susmentionnée. Le dioxyde de carbone fait partie d'un système tampon important dans le corps humain; il maintient le pH dans la plage appropriée. Ce système tampon fait intervenir de l'acide carbonique (H2CO3) et du bicarbonate (HCO3) anionique. Si trop de H+ pénètre dans le corps, le bicarbonate se combinera avec le H+ pour créer de l'acide carbonique et limiter la baisse du pH.

De même, si trop de OH est introduit dans le système, l'acide carbonique se dissociera rapidement en bicarbonate et H+ ions. Le H+ les ions peuvent se combiner avec le OH ions, limitant l'augmentation du pH. Bien que l'acide carbonique soit un produit important dans cette réaction, sa présence est éphémère car l'acide carbonique est libéré par le corps sous forme de gaz carbonique chaque fois que nous respirons. Sans ce système tampon, le pH de notre corps fluctuerait trop et nous ne réussirions pas à survivre.

Objectifs d'apprentissage

Le pH d'une solution est une mesure de la concentration d'ions hydrogène dans la solution. Une solution avec un nombre élevé d'ions hydrogène est acide et a une faible valeur de pH. Une solution avec un nombre élevé d'ions hydroxyde est basique et a un pH élevé. L'échelle de pH va de 0 à 14, un pH de 7 étant neutre. Les tampons sont des solutions qui modèrent les changements de pH lorsqu'un acide ou une base est ajouté au système tampon. Les tampons sont importants dans les systèmes biologiques en raison de leur capacité à maintenir des conditions de pH constantes.

Question de pratique

À l'aide d'un pH-mètre, vous trouvez que le pH d'une solution inconnue est de 8,0. Comment décririez-vous cette solution ?

  1. faiblement acide
  2. fortement acide
  3. faiblement basique
  4. fortement basique

[reveal-answer q="596748″]Afficher la réponse[/reveal-answer]
[hidden-answer a="596748″]Cette solution est faiblement basique. N'oubliez pas qu'un pH de 7,0 est neutre. Tout ce qui est au-dessus de (7–14) est acide, et tout ce qui est en dessous de (0–6) est basique.[/hidden-answer]

Le pH du jus de citron est d'environ 2,0, alors que le pH du jus de tomate est d'environ 4,0. Quelle est l'augmentation approximative de la concentration en ions hydrogène entre le jus de tomate et le jus de citron ?

  1. 2 fois
  2. 10 fois
  3. 100 fois
  4. 1000 fois

[reveal-answer q="835678″]Afficher la réponse[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”835678″]Le jus de citron est 100 fois plus acide que le jus de tomate. N'oubliez pas que chaque étape de l'échelle de pH représente un changement de concentration d'un facteur 10. Étant donné que le jus de tomate a un pH de 4,0 et que le jus de citron a un pH de 2,0, la concentration changerait de 10 fois 10.[/caché- réponse]


L'acidité de la solution

Le nombre d'ions hydrogène présents dans une solution est une mesure de la acidité de la solution. Tous les acides ne s'ionisent pas complètement lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, c'est-à-dire que toutes les molécules d'acide ne s'ionisent pas et existent dans la solution sous forme de particules chargées électriquement. La concentration en ions hydrogène est donc une mesure de la quantité d'acide dissocié plutôt que de la quantité d'acide présente. Les acides forts se dissocient plus librement que les acides faibles, l'acide chlorhydrique, par exemple, se dissocie librement en H+ et Cl− alors que l'acide carbonique, un acide faible, se dissocie beaucoup moins librement en H+ et CO3–. Le nombre d'ions hydrogène libres est une mesure de son acidité plutôt qu'une indication du type de molécule d'où proviennent les ions hydrogène.


Produit ionique de l'eau Kw

L'eau peut agir comme un acide ou une base. Et l'équilibre suivant existe dans l'eau :


Cela peut être exprimé comme une constante d'équilibre en utilisant les concentrations. Cependant, l'équilibre se situe très loin à gauche. Cela signifie que très peu d'ions hydrogène et hydroxyde sont produits et que la concentration de l'eau peut être considérée comme constante. Par conséquent, nous obtenons une expression différente qui s'appelle Kw.


Maintenant que nous avons ces informations, il est possible de calculer le pH des bases fortes, par un processus très simple, regardez l'exemple suivant.


Questions à choix multiples sur le pH et le tampon

26. L'équation d'Henderson-Hasselbalch :

a) permet la détermination graphique du poids moléculaire d'un acide faible à partir de son seul pH.
b) n'explique pas le comportement des acides faibles di- ou tribasiques
c) utilise la même valeur pour pKune pour tous les acides faibles.
d) est également utile avec des solutions d'acide acétique et d'acide chlorhydrique.
e) relie le pH d'une solution à la pKune et les concentrations d'acide et de base conjuguée.

27. Considérons un tampon acétate, initialement au même pH que son pKune (4.76). Lorsque de l'hydroxyde de sodium (NaOH) est mélangé à ce tampon, le :
a) le pH reste constant.
b) Le pH augmente plus que si une quantité égale de NaOH est ajoutée à un tampon acétate initialement à pH 6,76.
c) le pH augmente plus que si une quantité égale de NaOH est ajoutée à de l'eau non tamponnée à pH 4,76.
d) le rapport de l'acide acétique à l'acétate de sodium dans le tampon chute.
e) l'acétate de sodium formé précipite car il est moins soluble que l'acide acétique.

28. Un composé est connu pour avoir un groupe amino libre avec un pKune de 8,8, et un autre groupe ionisable avec un pKune entre 5 et 7. A 100 mL d'une solution 0,2 M de ce composé à pH 8,2 sont ajoutés 40 mL d'une solution d'acide chlorhydrique 0,2 M. Le pH est passé à 6,2. Le pKune du deuxième groupe ionisable est :
a) Le pH ne peut pas être déterminé à partir de cette information.
b) 5.4
c) 5.6
d) 6,0
e) 6.2

29. Trois tampons sont fabriqués en combinant une solution 1 M d'acide acétique avec une solution 1 M d'acétate de sodium dans les rapports indiqués ci-dessous.

Acide acétique 1 M Acétate de sodium 1 M

Tampon 1 : 10 ml 90 ml
Tampon 2 : 50 ml 50 ml
Tampon 3 : 90 ml 10 ml
Laquelle de ces affirmations est vraie pour les tampons résultants ?
a) pH du tampon 1 < pH du tampon 2 < pH du tampon 3
b) pH du tampon 1 = pH du tampon 2 = pH du tampon 3
c) pH du tampon 1 > pH du tampon 2 > pH du tampon 3
d) Le problème ne peut être résolu sans connaître la valeur de pKune.
e) Aucune des réponses ci-dessus.

30. Une solution 1,0 M d'un composé avec 2 groupes ionisables (pKa’s = 6,2 et 9,5 100 ml au total) a un pH de 6,8. Si un biochimiste ajoute 60 ml de HCl 1,0 M à cette solution, la solution changera au pH :
a) 5,60
b) 8,90
c) 9.13
d) 9,32
e) Le pH ne peut pas être déterminé à partir de ces informations.

Réponses:
26. e) relie le pH d'une solution à la pKune et les concentrations d'acide et de base conjuguée.
27. d) le rapport de l'acide acétique à l'acétate de sodium dans le tampon chute.
28. c) 5.6
29. b) pH du tampon 1 = pH du tampon 2 = pH du tampon 3
30. a) 5,60

Référence: Cahier de cours sur les principes de biochimie de Lehninger, 4e édition révisée


2.5 : Tampons, pH, acides et bases - Biologie

PARTIE II. PIERRES ANGULAIRES : CHIMIE, CELLULES ET MÉTABOLISME

Les acides, les bases et les sels sont trois classes de composés biologiquement importants (tableau 2.3). Leurs caractéristiques sont déterminées par la nature de leurs liaisons chimiques. Les acides sont des composés ioniques qui libèrent des ions hydrogène en solution. Un atome d'hydrogène sans son électron est un proton. Vous pouvez donc considérer un acide comme une substance capable de donner un proton à une solution. Les acides ont un goût aigre, comme celui des agrumes. Cependant, goûter des produits chimiques pour voir s'ils sont acides peut être très dangereux, car beaucoup sont très corrosifs. Un exemple d'acide commun est l'acide phosphorique-H3Bon de commande4-dans les boissons gazeuses au cola. C'est une solution diluée de cet acide qui donne aux boissons au cola leur saveur typique. L'acide chlorhydrique est un autre exemple :

Les acides sont des molécules à liaison ionique qui, lorsqu'elles sont placées dans l'eau, se dissocient en libérant des ions hydrogène (H + ).

TABLEAU 2.3. Quelques acides, bases et sels courants

Acide faible trouvé dans le vinaigre

Acide faible des boissons gazeuses qui fournit des bulles ou des pétillants

Acide faible présent dans le lait caillé, la choucroute et les cornichons

Acide faible utilisé dans les solutions de nettoyage, ajouté aux boissons gazeuses au cola pour le goût

Acide fort utilisé dans les batteries

Base forte également appelée lessive ou soude caustique utilisée dans les nettoyants pour four

Base forte également connue sous le nom de potasse caustique utilisée dans les nettoyeurs de drains

Base faible également connue sous le nom de lait de magnésie utilisé dans les antiacides et les laxatifs

Trouvé dans les médicaments, les conserves et la poudre à pâte

Utilisé dans les extincteurs, les antiacides, la poudre à pâte et le bicarbonate de sodium

Utilisé dans les laxatifs et les soins de la peau

Utilisé dans les adoucisseurs d'eau, les engrais et les agents de nettoyage

Une base est l'opposé d'un acide, en ce sens qu'il s'agit d'un composé ionique qui, lorsqu'il est dissous dans l'eau, élimine les ions hydrogène de la solution. Les bases, ou substances alcalines, ont un toucher glissant sur la peau. Ils ont une action caustique sur les tissus vivants en convertissant les graisses des tissus vivants en une substance soluble dans l'eau. Une réaction similaire est utilisée pour fabriquer du savon en mélangeant une base forte avec de la graisse. Cette réaction chimique donne au savon sa sensation glissante. Les bases sont également utilisées dans les piles alcalines. Les bases faibles ont un goût amer, par exemple le goût du brocoli, du navet et du chou. De nombreux types de bases libèrent un groupe d'ions hydrogène appelé ions hydroxyde ou groupe OH. Ce groupe est composé d'un atome d'oxygène et d'un atome d'hydrogène liés ensemble, mais avec un électron supplémentaire. L'ion hydroxyde est chargé négativement, il éliminera donc les ions hydrogène chargés positivement de la solution. Une base très forte utilisée dans les nettoyants pour fours est l'hydroxyde de sodium, NaOH. Notez que les ions libres en solution sont toujours écrits avec le type et le numéro de leur charge électrique en exposant.

Les substances basiques (alcalines) sont des molécules à liaison ionique qui, lorsqu'elles sont placées dans l'eau, se dissocient en libérant des ions hydroxyde (OH - ).

Les acides et les bases sont également décrits comme étant forts ou faibles (Outlook 2.2). Les acides forts (par exemple, l'acide chlorhydrique) sont ceux qui dissocient presque tous leurs hydrogènes lorsqu'ils sont en solution. Les acides faibles (par exemple, l'acide phosphorique) ne dissocient qu'un faible pourcentage de leurs hydrogènes. Les bases fortes dissocient presque tous leurs hydroxydes (NaOH) bases faibles, seulement un petit pourcentage. Le bicarbonate de sodium à base faible, NaHCO3, réagira avec les acides de la manière suivante :

Notez que le bicarbonate de sodium ne contient pas d'ion hydroxyde mais c'est toujours une base, car il élimine les ions hydrogène de la solution.

Le degré auquel une solution est acide ou basique est représenté par une quantité connue sous le nom de pH. L'échelle de pH est une mesure de la concentration en ions hydrogène (figure 2.15). Un pH de 7 indique que la solution est neutre et a un nombre égal d'ions H + et d'ions OH - pour s'équilibrer. À mesure que le nombre de pH diminue, le nombre d'ions hydrogène dans la solution augmente. Un nombre supérieur à 7 indique que la solution a plus de OH- que de H+. L'eau pure a un pH de 7. À mesure que le nombre de pH augmente, le nombre d'ions hydroxyde augmente.

La concentration d'acide (donneur de protons ou accepteur d'électrons) est maximale lorsque le pH est le plus bas. Au fur et à mesure que le pH augmente, la concentration en base (accepteur de protons ou donneur d'électrons) augmente. A un pH de 7, les concentrations de H + et OH - sont égales. Au fur et à mesure que le nombre de pH diminue, la solution devient plus acide. Au fur et à mesure que le nombre de pH augmente, la solution devient plus basique ou alcaline.

Il est important de noter que l'échelle de pH est logarithmique, c'est-à-dire qu'un changement d'un nombre de pH est en fait un changement de 10 fois des nombres réels de OH - ou H + . Par exemple, il y a 10 fois plus de H+

Lorsque l'eau se dissocie, elle libère à la fois des ions hydrogène (H + ) et hydroxyde (OH - ). Ce n'est ni une base ni un acide. Son pH est de 7, neutre.

dans une solution de pH 5 que dans une solution de pH 6 et 100 fois plus de H + dans une solution de pH 4 que dans une solution de pH 6.

Les sels sont des composés ioniques qui ne libèrent ni H + ni OH - lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, ce ne sont donc ni des acides ni des bases. Cependant, ils sont généralement le résultat de la réaction entre un acide et une base en solution. Par exemple, lorsqu'un acide, tel que HCl, est mélangé avec NaOH dans l'eau, le H + et le OH - se combinent pour former de l'eau pure, H2O. Les ions restants (Na + et Cl - ) se rejoignent pour former le sel NaCl :

La réaction chimique qui se produit lorsque les acides et les bases réagissent les uns avec les autres est appelée neutralisation. L'acide n'agit plus comme un acide (il a été neutralisé) et la base n'agit plus comme une base.

Comme vous pouvez le voir sur la figure 2.15, tous les acides ou bases ne produisent pas le même pH. Certains composés libèrent très facilement des ions hydrogène, provoquent des pH bas et sont appelés acides forts. Acide chlorhydrique (HCl) et acide sulfurique (H2DONC4) sont des acides forts (figure 2.16a). De nombreux autres composés abandonnent leurs ions hydrogène à contrecœur et ne modifient donc pas beaucoup le pH. Ils sont connus comme des acides faibles. Acide carbonique (H2CO3) et de nombreux acides organiques présents dans les êtres vivants sont des acides faibles. De même, il existe des bases fortes, telles que l'hydroxyde de sodium (NaOH) et des bases faibles, telles que le bicarbonate de sodium-Na + (HCO3) - .

FIGURE 2.16. Acide fort et base forte

(a) L'acide chlorhydrique (HCl) a le nom commun d'acide muriatique. C'est un acide fort utilisé en faible concentration pour nettoyer les piscines et les surfaces en briques. Il est important que vous portiez un équipement de protection lorsque vous travaillez avec une solution d'acide muriatique. (b) Liquid-Plumr ® est un bon exemple de nettoyeur de drains à base solide. L'ingrédient actif est NaOH.

Maintenir votre pH —Comment fonctionnent les tampons

Les acides, les bases et les sels sont appelés électrolytes, car, lorsque ces composés sont dissous dans l'eau, la solution d'ions laisse passer un courant électrique. Les sels fournissent une variété d'ions essentiels au corps humain. De petits changements dans les niveaux de certains ions peuvent avoir des effets majeurs sur le fonctionnement du corps. Le système respiratoire et les reins régulent de nombreux ions du corps. Étant donné que de nombreux types d'activités chimiques sont sensibles aux changements de pH de l'environnement, il est important de réguler le pH du sang et d'autres fluides corporels dans des plages très étroites. Le pH sanguin normal est d'environ 7,4. Bien que le système respiratoire et les reins soient impliqués dans la régulation du pH du sang, il existe plusieurs systèmes dans le sang qui empêchent de grandes fluctuations du pH.

Les tampons sont des mélanges d'acides faibles et de sels d'acides faibles qui ont tendance à maintenir un pH constant, car le mélange peut accepter ou libérer des ions hydrogène (H + ). L'acide faible peut libérer des ions hydrogène (H + ) si une base est ajoutée à la solution, et l'ion chargé négativement du sel peut accepter des ions hydrogène (H + ) si un acide est ajouté à la solution.

Un exemple d'un système tampon dans le corps est un système tampon phosphate, qui se compose du phosphate dihydrogène acide faible (H2Bon de commande4 - ) et le sel du monohydrogénophosphate d'acide faible (HPO4 - ).

(Les deux flèches indiquent que cela est en équilibre, avec des réactions égales dans les deux sens.) L'ajout d'un acide au mélange provoque un déplacement de l'équilibre vers la gauche.

Notez que la flèche pointant vers la droite est plus courte que la flèche pointant vers la gauche. Cela indique que H+ se combine avec HPO4 - et H supplémentaire2Bon de commande4 - est en train de se former. Cela supprime les ions hydrogène supplémentaires de la solution et les lie dans le H2Bon de commande4 - , de sorte que la quantité d'ions hydrogène libres dans la solution reste constante.

De même, si une base est ajoutée au mélange, l'équilibre se déplace vers la droite, des ions hydrogène supplémentaires sont libérés pour lier les ions hydroxyle et le pH reste inchangé.

L'eau de mer est une solution tampon qui maintient un pH d'environ 8,2. Des tampons sont également ajoutés aux médicaments et aux aliments. De nombreuses boissons gazeuses citron-lime, par exemple, contiennent de l'acide citrique et du citrate de sodium (sel de l'acide faible), qui forme un tampon dans la gamme acide. L'étiquette de la boisson peut indiquer que ces produits chimiques doivent conférer et réguler « l'acidité ». Dans ce cas, le goût acidulé provient de l'acide citrique, et l'ajout de citrate de sodium en fait une solution tamponnée.

24. Qu'est-ce que cela signifie si une solution a un pH de 3, 12, 2, 7 ou 9 ?

25. Si le pH d'une solution passe de 8 à 9, qu'arrive-t-il à la concentration en ions hydroxyde ?

L'étude de la vie implique l'apprentissage de la structure et de la fonction des organismes. Tous les organismes présentent les propriétés chimiques et physiques typiques de toute matière et énergie. Les deux types d'énergie utilisés par les organismes sont potentiels et cinétiques. La théorie moléculaire cinétique affirme que toute matière est composée de minuscules particules, qui sont en mouvement constant.

L'énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais elle peut être convertie d'une forme à une autre. L'énergie potentielle et l'énergie cinétique peuvent être interconverties. La quantité d'énergie cinétique que contiennent les molécules de diverses substances détermine s'il s'agit de solides, de liquides ou de gaz. La température est une mesure de l'énergie cinétique moyenne des molécules qui composent une substance. La chaleur est l'énergie cinétique interne totale des molécules. Le mouvement aléatoire des molécules, dû à leur énergie cinétique, a pour conséquence qu'elles se répartissent dans tout l'espace disponible, formant des mélanges.

Il existe de nombreux types d'atomes, dont les symboles et les traits sont décrits par le tableau périodique des éléments. Ces atomes diffèrent les uns des autres par le nombre de protons et d'électrons qu'ils contiennent. Chacun se voit attribuer un numéro atomique, basé sur le nombre de protons dans le noyau, et un poids atomique, une moyenne de tous les isotopes d'un élément particulier. Le nombre de masse est la somme du nombre de protons et de neutrons dans le noyau d'un atome.

Toute matière est composée d'atomes, qui sont composés d'un noyau atomique et d'électrons. Le noyau atomique peut contenir des protons et des neutrons, tandis que les électrons encerclent le noyau à différents niveaux d'énergie. Les atomes ont tendance à rechercher leur configuration la plus stable et à suivre la règle de l'octet, qui stipule qu'ils recherchent tous un niveau d'énergie le plus à l'extérieur.

Les atomes peuvent être combinés par des réactions chimiques en unités plus grandes appelées molécules. Il existe plusieurs sortes de molécules. Deux types de liaisons chimiques permettent aux molécules de se former : des liaisons ioniques et des liaisons covalentes. Une troisième liaison, la liaison hydrogène, est une liaison plus faible qui maintient les molécules ensemble et peut aider les grosses molécules à conserver une forme spécifique. Les molécules sont décrites par leurs formules chimiques, qui indiquent le nombre et les types de composants qui les composent.

Un ion est un atome électriquement déséquilibré. Les ions interagissent pour former des composés ioniques, tels que des acides, des bases et des sels. Les composés qui libèrent des ions hydrogène lorsqu'ils sont mélangés à de l'eau sont appelés acides, ceux qui éliminent les ions hydrogène sont appelés bases. Une mesure des ions hydrogène présents dans une solution est le pH de la solution.

L'eau est l'un des composés les plus importants requis par tous les organismes. Cette molécule polaire possède de nombreuses propriétés uniques, qui permettent aux organismes de survivre et de se reproduire. Sans eau, la vie telle que nous la connaissons sur Terre ne serait pas possible.

La façon dont les atomes atteignent la stabilité est la nature des réactions chimiques. Cinq des réactions chimiques les plus importantes qui se produisent dans les organismes sont (1) l'oxydoréduction, (2) la synthèse par déshydratation, (3) l'hydrolyse, (4) la phosphorylation et (5) les réactions acido-basiques.

Les acides, les bases et les sels sont trois classes de molécules biologiquement importantes. L'ion hydrogène libérant ou acquérant des propriétés des acides et des bases les rend précieux dans tous les organismes.

Les sels sont une source de nombreux ions essentiels. Bien que les acides et les bases puissent être potentiellement nocifs, les systèmes tampons aident à maintenir les niveaux de pH.

1. _____ est l'énergie cinétique interne totale des molécules.

2. Le poids atomique de l'élément sodium est

3. Laquelle n'est pas une substance pure ?

c. un mélange de lait et de miel

ré. le sel de table composé

4. Lorsqu'une liaison covalente se forme entre deux types d'atomes identiques, le résultat est appelé

c. réaction chimique de déshydratation.

5. Dans ce type de réaction chimique, deux molécules interagissent, ce qui entraîne la formation d'une molécule d'eau et d'un nouveau produit final plus gros.

6. Lequel des éléments suivants est un acide ?

7. Les sels sont des composés qui ne libèrent pas d'ions _____ ou _____ lorsqu'ils sont dissous dans l'eau.

8. Cette force intramoléculaire dans les bonnes conditions peut donner lieu à une molécule enroulée ou tordue en une forme tridimensionnelle complexe.

9. Une triple liaison covalente est représentée par lequel des éléments suivants ?

une. une seule ligne droite grasse

b. une seule ligne fine et droite

c. trois lignes fines séparées

ré. trois lignes fines et courbes

10. Les nuages ​​d'électrons, ou routes, parcourus par les électrons sont parfois dessinés sous forme de formes sphériques ou _____.

11. Les atomes d'un même élément diffèrent des ions de cet élément parce que

une. ils ont des nombres d'électrons différents.

b. leurs nombres de protons ne sont pas les mêmes.

c. leurs nombres de neutrons ne sont pas les mêmes.

ré. il n'y a pas de différence entre un atome et un ion du même élément.

12. Quand quelqu'un utilise l'expression « vous êtes plein d'air chaud », il fait référence à quelle phase de la matière ?

13. Lorsqu'une personne « fait de la fièvre », elle constate une augmentation du _____ de son corps.

14. Les ions qui sont liés entre eux et forment une structure tridimensionnelle sont appelés _____.

15. Une bouteille de soda ou de boisson gazeuse est mieux décrite comme

une. un mélange hétérogène.

1. Chaleur 2. a 3. c 4. d 5. b 6. a 7. H + , OH - 8. C 9. c 10. sablier 11. a 12. c 13. température 14. cristal 15. C

Produits chimiques dans la maison

Bicarbonate de sodium (NaHCO3) est un produit chimique domestique courant appelé bicarbonate de soude, bicarbonate de soude ou bicarbonate de soude. Il a de nombreuses utilisations et est un composant de nombreux produits, y compris le dentifrice et les antiacides, les produits chimiques pour piscine et les remèdes contre les maux de tête. Lorsque le bicarbonate de soude entre en contact avec de l'acide chlorhydrique, la réaction suivante se produit :

Que deviennent les atomes dans cette réaction ? Dans votre description, incluez les changements dans les liaisons chimiques, le pH et l'énergie cinétique. Pourquoi le bicarbonate de soude est-il un produit chimique si efficace dans les produits mentionnés précédemment ? Essayez ceci à la maison : placez une pincée de bicarbonate de sodium (NaHCO3) sur une assiette. Ajouter deux gouttes de vinaigre. Observez la réaction. Sur la base de la réaction précédente, pouvez-vous expliquer chimiquement ce qui s'est passé ?

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L'equilibre acide-base

Paramètre ventilatoire : OCP artériel2

L'équation de Henderson-Hasselbalch ( équation 7 ) indique que le pH peut être calculé à partir de deux variables, P co 2 et , sans tenir compte des autres paires acide-base dans le plasma (principe isohydrique). P co artériel 2 peut être interprété comme un paramètre « ventilatoire » qui reflète l'adéquation de la ventilation par rapport au taux de production de dioxyde de carbone. Si P co artériel 2 dépasse la plage normale (35 à 45 mm Hg), alors le patient est en hypoventilation, et, inversement, si la P co artérielle 2 est plus bas, le patient hyperventile. Ces termes doivent être distingués de l'hyperpnée et de l'hypopnée, qui font référence aux augmentations ou diminutions de la ventilation pour répondre aux besoins respiratoires, comme, par exemple, l'hyperpnée pendant l'exercice, et de la tachypnée et de la bradypnée, qui indiquent des fréquences respiratoires rapides et lentes. De plus, le paramètre clé qui détermine la P co artérielle 2 en tout cas, la production de dioxyde de carbone est alvéolaire ventilation, car la ventilation de l'espace mort ne conduit pas à la perte de dioxyde de carbone. P co artériel 2 est déterminé par le taux de production de dioxyde de carbone, le rapport entre l'espace mort et le volume courant et la ventilation minute.

L'utilité de la P co artérielle 2 en tant que paramètre ventilatoire est facilement illustré par quelques brefs exemples. P co artériel 2 est généralement normal au cours d'un exercice modéré, et le sujet n'est ni en hyperventilation ni en hypoventilation, malgré une hyperpnée et une tachypnée évidentes. Les patients atteints d'une maladie pulmonaire grave font fréquemment de l'hypoventilation malgré l'hyperpnée et la tachypnée au repos, car une grande partie de l'air inhalé est acheminée vers un espace mort physiologique élargi en raison à la fois du shunt et des régions de faible rapport. Une augmentation de la production de dioxyde de carbone peut être causée par une augmentation du taux métabolique (p. ex., exercice ou fièvre) ou occasionnellement par une libération aiguë de dioxyde de carbone des réserves due à une acidose métabolique aiguë sévère (p. crise de grand mal, lorsque de grandes quantités d'acide lactique sont produites et sont converties en dioxyde de carbone). Quelle que soit la raison pour laquelle la ventilation ne parvient pas à suivre le rythme de la production de dioxyde de carbone, l'augmentation concomitante de la P co artérielle 2 est classé comme hypoventilation. À l'inverse, l'hyperventilation est fréquemment considérée comme une compensation respiratoire de l'acidose métabolique, ou en réponse à l'hypoxie, à l'anxiété ou à d'autres conditions qui stimulent les corps carotides et les centres respiratoires.


ACIDES ET BASES DANS LE CORPS

En chimie moderne, nous avons une bonne compréhension des acides et des bases (également appelés alcalis). Les acides et les bases imprègnent nos vies, du laboratoire à la cuisine, et ces substances cruciales sont utilisées comme réactifs de laboratoire, catalyseurs industriels, additifs alimentaires et produits de nettoyage. Cependant, au cours de l'histoire de la chimie, il a fallu des siècles pour comprendre pleinement ces substances.

SCIENCE ANCIENNE-VINAIGRE ET SAVON

À l'époque des Grecs anciens, les propriétés des acides et des bases n'étaient que vaguement comprises. Au cours de leurs tentatives de catégoriser les substances et d'essayer d'apporter équilibre, harmonie et perfection à l'univers, ils ont utilisé une variété de tests pour distinguer les composés. L'un d'eux était le goût, et ils divisaient les substances selon qu'elles étaient acides, amères, salées ou sucrées. Au fur et à mesure que l'influence grecque diminuait et que leurs connaissances se transmettaient aux Romains, ils ont commencé à désigner les substances acides, telles que le vinaigre ou le jus de citron, comme des acides.

ACIDES ET BASES – LES JOUETS DES ALCHIMISTES

Au fur et à mesure que la science progressait à travers l'âge d'or islamique et la Renaissance, les alchimistes ont commencé à mieux comprendre les acides, découvrant que des solutions plus fortes pouvaient accélérer la corrosion du métal et dissoudre certaines roches. Les alchimistes médiévaux et islamiques avaient le choix entre une gamme d'acides et d'alcalis :

  • Soude (carbonate de sodium)
  • Potasse (carbonate de potassium)
  • Ammoniac
  • Acide hydrochlorique
  • Acide sulfurique
  • Acide acétique
  • Acide citrique
  • Acide sulfurique
  • Aqua regia, un mélange d'acide nitrique et chlorhydrique qui pourrait même dissoudre l'or

Vers 1300, un érudit espagnol, Arnaldus de Villa Nova, commença à utiliser le tournesol pour

étudier les acides et les bases. Ce composé, extrait d'un lichen, était utilisé comme colorant depuis au moins l'époque des Vikings, mais il fut le premier savant connu à l'utiliser comme test d'acidité. Cette idée a été développée par Robert Boyle (25 janvier 1627 - 31 décembre 1691), qui a découvert que certaines substances d'origine végétale changeaient de couleur en présence d'acides ou de bases. Un exemple était le sirop de violette, qui est bleu dans un environnement à pH neutre mais devient vert lorsqu'il est exposé à des bases et rouge lorsqu'il est mélangé à de l'acide.

LES LUMIÈRES – CLASSIFIANT LES ACIDES ET LES ALCALIS

Ce n'est qu'à l'époque de Antoine Lavoisier (26 août 1743 – 8 mai 1794), un brillant chimiste français qui a tenté de classer les éléments et de comprendre la nature de la chaleur, qu'une étude plus systématique des acides et des bases a eu lieu. À cette époque, les chimistes ont commencé à définir les bases comme des substances capables de neutraliser les acides pour former de l'eau et un sel. En 1776, influencé par des études sur les propriétés des gaz, Lavoisier a essayé d'isoler le composé dans les acides responsables de leurs propriétés uniques. À tort, il a proposé qu'une substance appelée oxygène était responsable, mais ses observations ont conduit à d'autres études. Le scientifique britannique, Humphrey Davy (1778-1829), mieux connu pour ses études sur les gaz, testa les théories de Lavoisier et découvrit que l'oxygène n'était pas l'élément responsable des propriétés des acides. De nombreux acides ne contenaient pas d'oxygène, il a donc proposé que quelque chose d'autre soit responsable, estimant que c'était le seul élément commun à tous les acides. Le chimiste suédois, Svante Arrhénius (1859-1927), fut le prochain chimiste à étudier les acides et les bases, proposant que les acides et les bases acquièrent leurs propriétés en raison de l'action des ions dans la solution.

Selon Arrhenius, la définition des acides et des bases était la suivante :

Les acides sont des substances délivrant des cations hydrogène (hydrogène chargé positivement, souvent simplement appelé proton ou abrégé H + ) à la solution (eau).

HCl et H2DONC4 (cf. note 3 ) qui forment H + et Cl – ou SO4 2- , respectivement, dissous dans l'eau.

Les bases sont des substances délivrant des anions hydroxyles (OH –) à la solution (eau).

NaOH et Ca(OH)2 (cf. note 4 ) qui forment respectivement OH – Na + et Ca 2+ , dissous dans l'eau.

Les acides et les bases réagissent dans une réaction de neutralisation pour former de l'eau (où H + réagit avec OH – pour former H2O) et le sel correspondant (Dans les exemples : NaCl, Na2DONC4, CaCl2 ou CaSO4).

Brønsted et Lowry

Inspiré par les travaux d'Arrhenius, un boursier danois nommé Johannes Nicolaus Brønsted et, indépendamment, un anglais du nom de Thomas Martin Lowry a étendu la théorie acide-base à ce qui est aujourd'hui enseigné à l'école, le concept Brønsted-Lowry. Here are the definitions according to those august gentlemen:

Acids are substances from which a proton (H + ) can be removed.

Bases are substances that bind protons.

These definitions mutated somewhat to become the slightly less accurate school-book-definition, in which acids are proton ‘donors’ and bases proton ‘acceptors’.

THE PH

pH stands for potential hydrogen, and is defined as the Negative logarithm of the concentration of hydrogen ions. pH is measured on a pH scale ranging from 0 to 14. 0 is considered highly acidic, while a pH of 14 is very basic, and a pH of 7 is neutral. Since pH is measured on a log scale, this means a pH of 9 is ten times more basic than a pH of 8. This alone gives you an idea of how important acid base balance in the human body is.

HOW TO CALCULATE PH AND [H + ]

The equilibrium equation yields the following equation for pH:

Calculate the pH for a specific [H + ]. Calculate pH given [H + ] = 1.4 x 10 -5 M

pH = -log10[H + ]
pH = -log10(1.4 x 10 -5 )
pH = 4.85

Calculate [H + ] from a known pH. Find [H + ] if pH = 8.5

[H + ] = 10 -pH
[H + ] = 10 -8.5
[H + ] = 3.2 x 10 -9 M

ACIDS AND BASES IN THE BODY

Three types of reactions can be distinguished from point of view of the acid-base balance. (1) proton-productive, (2) proton-consumptive, (3) proton-neutral. Examples follow:

1) Proton-productive reactions

a) Anaerobic glycolysis in muscles and erythrocytes

Glucose → 2 CH3CHOHCOO – + 2 H +

b) Ketogenesis – production of ketone bodies

Fatty acids → ketone bodies + n H +

c) Lipolysis

TAG → 3 FA + glycerol + 3 H +

d) Ureagenesis

2) Proton-consumptive reactions

a) Gluconeogenesis

2 lactate + 2 H + → Glc

b) Neutral and dicarboxylic amino acids oxidation

3) Proton-neutral reactions

a) Complete glucose oxidation

b) Lipogenesis from glucose

Human organism (healthy or not) every day produces great quantities of acids – source of protons. Organism is acidified by these processes:

1) Complete oxidation
2) Incomplete oxidation

Carbohydrates → glucose → pyruvate, lactate + H +

Triacylglycerol → fatty acids, ketone bodies + H +

Phospholipids → phosphate + H +

Proteins → amino acids→ sulphate, urea + H +

FACTORS THAT AFFECT PH LEVELS

The average pH in human blood is about 7.4, and narrowly ranges from 7.35 to 7.45. A slight change outside of this range can be devastating to cells and the entire body. Normal day to day activity affects our pH on a continual basis. This includes the air we breathe, the food we eat, and our urine that is excreted. Something as simple as washing your hands affects the pH on your skin.

Diet, however, plays a major role in acid base balance in the human body. A healthy diet should consist of about 75% alkaline foods such as vegetables, fruits and non animal proteins. The other 25% of a healthy diet includes acidic foods such as animal proteins (meat), grains, and dairy products.


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Ph measure for precise measurements.

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Source: www.goodscience.com.au

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As the ph increases the hydronium ion concentration decreases. Be sure to write a chemical equation(s) for each problem. Worksheet doc 25 kb titration problems doc 62 kb solution ph meter ph paper estimate ph value not. Acids/bases & ph worksheet (continued). B) ph scale ranges from 0 to 14.

Source: cdn.theworksheets.com

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Source: wsk.westfieldrepeatedly.site

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Source: content.lessonplanet.com

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Source: middleschoolscienceblog.files.wordpress.com

Indicators for small volume samples.

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Source: worksheets.helpteaching.com

Acids/bases & ph worksheet (continued).

Source: calamityjanetheshow.com

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Source: ecdn.teacherspayteachers.com

B) ph scale ranges from 0 to 14.

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The equilibrium constant for a.

A solution of glycolic acid (hg) has a ph of 2.00.

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Source: d1e4pidl3fu268.cloudfront.net

You have a 1.5 m solution of hcl.

(all work above must be complete before attempting the bonus) you are stuck with a problem.

Source: files.liveworksheets.com

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The equilibrium constant for a.

(weak acids, weak bases, salts, and buffers) name:_____ work on separate paper.

Be sure to write a chemical equation(s) for each problem.

Source: calamityjanetheshow.com

This lesson includes three packets for students to read to understand and identify the properties of an acid or base.

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MCQ on Water: Physical and Chemical Properties pH and Buffer Systems Part 3 (Biochemistry MCQ-13)

(1). What is the molecular weight of water?
une. 10 g/mol
b. 15 g/mol
c. 18 g/mol
ré. 20 g/mol

(2). What is the H + ion concentration in pure water?
une. 1 X 10 -7 m
b. 1 X 10 7 m
c. 1 X 10 -14 m
ré. 1 X 10 14 m

(3). The equilibrium constant of ionization reaction of pure water is:
une. 1.8 X 10 -14 M
b. 1.8 X 10 -16 M
c. 1.8 X 10 -7 M
ré. 1.8 X 10 -7 M

(4). The pH of pure water is neutral, the best explanation for this is:

une. The pH of pure water is 7
b. In pure water the concentration of H + and OH – are same
c. Water do not contain free H + or OH – ions
ré. What will never ionize

(5). What is the concentration of OH – ions in a solution with an H + ion concentration of 1.3 X 10 -4 M?

une. 7.7 X 10-11 M
b. 7.7 X 10-10M
c. 1.4 X 10-11M
ré. 1.4 X 10-10 M

(6). Comme le pKa of an acid increases, the acid will be:

une. More weaker
b. More stronger
c. Converted to neutral solution
ré. Converted to basic solution

(7). Buffers are mixtures of:

une. Strong acid and strong base
b. Strong acid and weak base
c. Weak acid and their conjugate base
ré. Weak base and their conjugate acid

(8). If a solution has to be a buffer, its pH should be

une. À son pKa valeur
b. At is Ka valeur
c. At 7
ré. At 14

(9). The most important peculiarity of water when compared to other solvents is that water has:

une. High boiling point, high melting point and high heat of vaporization
b. High boiling point, low melting point and low heat of vaporization
c. Low boiling point, high melting point and low heat of vaporization
ré. Low boiling point, low melting point and low heat of vaporization

(dix). Which of the following is the correct representation of Henderson-Hasselbalch equation?

(11). According to Henderson-Hasselbalch equation, when the pH of a solution becomes equal to its pKa, the solution becomes a buffer. This condition is achieved when _____

une. The concentration of proton donor equals the concentration of proton acceptor
b. Concentration of proton donor become zero
c. Concentration of proton acceptor become zero
ré. The concentration of proton donor become log 1/10th of concentration of proton acceptor

(12). Normal pH of blood is

(13). The heat of vaporization of water molecule at atmospheric temperature is:

une. 2260 J/g
b. 1260 J/g
c. 2260 k.cal
ré. 1260 k.cal

(14). The water level in the human body is regulated by the hormone _____

une. ACTH
b. Oxytocin
c. FSH
ré. Epinephrine

(15). The polarity of water molecule is due to

une. Difference in electronegativity of oxygen and hydrogen atoms in water
b. The readily ionizing behavior of water
c. The positive charge of water molecule
ré. The negative charge of water molecule

(16). The van der Waals radius of hydrogen atom in water molecule is

une. 1.2 Å
b. 1.4 Å
c. 1.6 Å
ré. 1.8 Å

Biology / Life Sciences MCQ: Biochemistry MCQ -11: (Multiple Choice Questions / Model Questions / Sample Questions in Biochemistry: Water and pH Part 3 with detailed answer key, explanations and references for preparing CSIR JRF NET Life Science Examination and also for other competitive examinations in Life Science / Biological Science such as ICMR JRF Entrance Exam, DBT BET JRF Exam, GATE (XL) Life Science Exam, GATE (BT) Biotechnology Exam, ICAR JRF Exam, University PG Entrance Exam, JAM Exam, GS Biology Exam, GRE, Medical Entrance Examination etc. This set of practice questions will help to build your confidence in Biochemistry to face the real examination. A large quantum of questions in our practice MCQ is taken from previous year question papers of various national and international Biology / Life Sciences competitive examinations. Please take advantage of our Lecture Notes, PPTs, Previous Year Questions, Mock Tests , and Video Tutorials for your preparation. You can download all these questions papers and study materials as PDF from our Slidesha reaccount absolutely free

Answer Key, Explanations and References

(1). Rép. (c). 18 g/mol

Exactly the molecular weight of water is 18.01528 g/mol

(2). Rép. (une). 1 X 10 -7 m

(3). Rép. (b). 1.8 X 10 -16 M

(4). Rép. (b). In pure water the concentration of H+ and OH- are same

(5). Rép. (une). 7.7 X 10 -11 M

Use the equation of ion product of water

(6). Rép. (une). More weaker

pKa is the negative log of Ka. Strong acids will have higher Ka values where as weak acids will have lower Ka values.

(7). Rép. (c). Weak acid and their conjugate base

(8). Rép. (une). at its pKa value

(9). Rép. (une). High boiling point, high melting point and high heat of vaporization

(dix). Rép. (ré). all the above

(11). Rép. (une). The concentration of proton donor equals the concentration of proton acceptor

(12). Rép. (ré). 7.4

(13). Rép. (une). 2260 J/g

(14). Rép. (b). Oxytocin

(15). Rép. (une). Difference in electronegativity of oxygen and hydrogen atoms in water

(16). Rép. (une). 1.2 Å

Référence: (1). Lehningers Principles of Biochemistry: Chapter: Water
(2). Fundamentals of Biochemistry by Voet and Voet: Chapter: Water

The answer key is prepared with best of our knowledge.
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MCQ on Water, pH and Buffer | Part – 2 | Part – 1 |


Acid and Base Lab with Report

Jour 1 : After completing the pH Gizmo and preparing red cabbage indicator solution, students were formally introduced to acids and bases via a lab. Having just learned about indicators (chemical solutions that change color in response to changes in pH, Lesson 117) we reviewed Day 1 of the Acid and Base Lab Report Packet. and then students had the remainder of the day to work through the Day 1 worksheet and prepare for the lab.

Day 2: For Day 2 of the Acid and Base Lab, students used their red cabbage juice indicator solution to measure the pH of eight different solutions (comparing the color of the indicator to a color chart for red cabbage indicator). Students repeated the process using universal indicator. Finally, students evaluated the effect of sodium bicarbonate (baking soda) on the pH of the solutions, as determined by the indicator colors. Students should carefully document all steps of the lab, taking pictures of the indicator solutions before and after addition of sodium bicarbonate. Indicator Solution Charts are provided below:

Universal Indicator Chart

Red cabbage indicator chart

Days 3+: Students will work with their assigned lab groups to write a lab report for the Acid and Base Lab. The lab report will consist of:

  • introduction – a paragraph explaining the purpose of the lab
  • Safety Concerns – list all safety concerns associated with working with acids and bases, along with required precautions for the lab (explain why each piece of personal protective equipment is required)
  • Procédure – an ordered list of steps explaining:
    • how the red cabbage indicator solution was prepared
    • pH evaluation of all samples in universal indicator and red cabbage juice indicator solutions
    • pH evaluation of all samples after calcium carbonate added
    • pH measurement with pH probe
    • pH determined with red cabbage indicator solution
    • pH determined with universal indicator solution
    • pH determined with pH probe
    • pH determined after addition of calcium carbonate
    • The effectiveness and consistency of indicator solutions, relative to the two indicator solutions compared with the pH probe
    • An explanation of how calcium carbonate affected pH
    • Bonus: An explanation of why the indicator solutions changed color (with sources cited)
    • Bonus: An explanation of why calcium carbonate affected pH (with sources cited)

    Day 4: After a much-need 4-day weekend, we began class with the Lesson 84 PowerPoint which included a starter question helping students connect acid/base chemistry with the biology of heartburn. For the lab last week, students observed the effect of sodium bicarbonate (NaHCO3, or baking soda) on acids and bases. For the ChemCatalyst, students made the connection of acid neutralization with the related compound calcium carbonate (CaCO3, commonly found in antacids). Students have the remainder of the short week to complete the lab report from the lab last week. The group lab report packet is due at the end of school Friday, and the lab report must be shared with the teacher by midnight Friday. Late work will receive a maximum of 60% credit.

    Groups who finished early will be provided with a variety of learning enrichment options related to our work thus far during the unit, including:


    Voir la vidéo: pH mõiste. Keemia (Décembre 2022).