Woda w organizmie człowieka. Potencjał chemiczny. Ciśnienie osmotyczne.

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

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

4. Rozmieszczenie wody w poszczególnych przestrzeniach wodnych u mężczyzn i kobiet w wieku 20 - 40 lat. Liczby wyrażają procent całkowitej masy ciała

5. Stężenia elektrolitów w płynie pozakomórkowym, wyrażone w mg/l, mEq/l i w mmol/L 5

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

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

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

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

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

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

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

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

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

15. Substancje rozpuszczone wywołująw rozpuszczalniku zmiany: • obniżenie temperatury krzepnięcia • podwyższenie temperatury wrzenia • obniżenie prężności pary • nadają roztworowi właściwości wywierania ciśnienia osmotycznego

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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