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Puffer in der Natur und der Technik

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Max Bier

on 22 January 2015

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Transcript of Puffer in der Natur und der Technik

Gliederung:
1. Was ist ein Puffer?
2. Arten von Puffersystemen
3. Puffersysteme in der Natur
5. Quellen
1. Was ist ein Puffer?
- Lösung aus schwacher Säure und ihrer korrespondierenden Base
- Ziel: Stabilisierung des pH-Wertes
- Puffergleichgewicht:
- Henderson-Hasselbalch-Gleichung:
Konzentrationsverhältnis
1. Was ist ein Puffer?
1. Säure > Base
pH < pKs
2. Säure = Base
pH = pKs
3. Säure < Base
pH > pKs
2. Arten von Puffersystemen
- zwei Arten von Puffersystemen
geschlossenes
Puffersystem
offenes
Puffersystem
- entstehenden Protonen
und Hydroxid-Ionen
bleiben in der Lösung
enthalten
- Bsp. Essigsäure/Acetat-Puffer
- Puffersystem in Kontakt
mit der Umgebung, einzelne
Stoffe werden an die
Umgebung abgegeben
- Bsp. Puffersystem in
der Lunge
3. Puffersysteme in der Natur
3.1 Blutpuffer
3.1 Blutpuffer
3.2 Puffer im Ozean
4. Puffersysteme in der Technik
4.1 PCR-Verfahren
4.2 Galvanisierung
4.3 Bakterienkulturen
- komplexes Puffersystem des Blutes
- hält den pH-Wert im Bereich von 7,35 bis 7,45
- pH-Wert unter 7,35: Azidose | über 7,45: Alkalose
- besteht aus vier Puffersystemen:
Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer
Hämoglobin-Puffer
Proteinat-Puffer
Phosphorpuffer
Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer
Hämoglobin-Puffer
Proteinat-Puffer
Phosphor-Puffer
- 53% Gesamtpufferkapazität
- pH-Wert des Blutes zu hoch --> Proton trennt sich von der Kohlensäure ab, wodurch Hydrogencarbonat entsteht
Gleichgewicht liegt bei den Produkten, d.h. der Anteil an Kohlenstoffdioxid sinkt --> pH-Wert sinkt
- pH-Wert des Blutes zu niedrig --> Proton bindet an Hydrogencarbonat, wodurch Kohlensäure entsteht
Zerfall der Kohlensäure in Kohlenstoffdioxid und Wasser, d.h. der Anteil an Kohlenstoffdioxid steigt
--> pH-Wert steigt
- Es handelt sich um ein offenes Puffersystem, da das überschüssige Kohlenstoffdioxid ausgeatmet wird
- 35% Gesamtpufferkapazität
- eisenhaltiger Proteinkomplex
- bindet Sauerstoff in den roten Blutkörperchen der Wirbeltiere
- Bindungsstärke ist abhängig von der Konformation
R-Form
T-Form
- stark sauerstoffaffin
- schwach sauerstoffaffin
- bindet viele Sauerstoffmoleküle
- bindet wenige Sauerstoffmoleküle
- Anteil steigt, wenn Konzentration von Kohlenstoffdioxid sinkt
- Anteil steigt, wenn Konzentration von Kohlenstoffdioxid steigt
Hämoglobin-Puffer
Beispiele:
1. Die Konzentration von Kohlenstoffdioxid steigt
--> Anteil der schwach sauerstoffaffinen T-Form steigt
--> Sauerstoff kann leichter abgegeben werden
pH-Wert sinkt
2. Die Konzentration von Kohlenstoffdioxid nimmt ab
--> Anteil der stark sauerstoffaffinen R-Form steigt
--> Sauerstoff kann nur schwer abgegeben werden
pH-Wert steigt
- 7% Gesamtpufferkapazität
- Wirkung durch Albumine, beim Menschen "Humanalbumin"
- ampholytische Eigenschaft
- bei Zugabe einer Säure: Proton wird von der Säure abgegeben (Protonendonator) und reagiert mit Albumin zu HAlbumin
- bei Zugabe einer Base: Proton wird von HAlbumin abgegeben und bindet an die Base (Protonenakzeptor). Entstehung von Albumin
- 5% Gesamtpufferkapazität
Monohydrogenphosphat
Dihydrogenphosphat
- bei Zugabe einer Säure: Proton wird von der Säure abgegeben und reagiert mit Monohydrogenphosphat zu Dihydrogenphosphat
- bei Zugabe einer Base: Dihydrogenphosphat gibt ein Proton an die Base ab und reagiert dadurch zu Monohydrogenphosphat
3. Puffersysteme in der Natur
3.2 Puffer im Ozean
Gewicht der Luft in der Atmosphäre = Luftdruck
Anteil des Kohlenstoffdioxids in der Luft = Partialdruck
Partialdruck (Luft)
Partialdruck (Ozean)
Partialdruck (Ozean) > Partialdruck (Luft) --> Ozean gibt Kohlenstoffdioxid ab
Partialdruck (Ozean) < Partialdruck (Luft) --> Ozean nimmt Kohlenstoffdioxid auf
3.2 Puffer im Ozean
- hoher Anteil an Kohlenstoffdioxid in der Luft durch Fabriken, Autos, etc.
--> Partialdruck (Luft) > Partialdruck (Ozean)
Ozean nimmt Kohlenstoffdioxid auf
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
- Reaktion mit Wasser zu Hydrogencarbonat und Carbonat
- Hydrogencarbonat : Carbonat : Kohlenstoffdioxid = 91 : 8 : 1
HCO3-
H2CO3
4. Puffersysteme in der Technik
4.1 PCR-Verfahren
- Polymerase-Kettenreaktion (Polymerase Chain Reaction)
- Ziel: DNA in vitro (bsp. Reagenzglas) zu verfielfältigen
- Einsatz des Ammoniumpuffers:
- bei Zugabe einer Säure: Proton wird von der Säure abgegeben und reagiert mit Ammoniak zu Ammonium
- bei Zugabe einer Base: Ammonium gibt ein Proton an die Base ab und reagiert dadurch zu Ammonium
4.2 Galvanisierung
- Übertragung metallischer Niederschläge (z.B. Gold) auf andere Gegenstände
- Es werden zwei Arten unterschieden:
funktionale Galvanisierung
dekorative Galvanisierung
- Verschönerung von Gegenständen
- Verchromung von Felgen
- Vergoldung von Besteck
- Erhöhung der Stabilität
- Abnutzung verringern
- Verchromung von Hydraulikzylindern
- Puffer werden bei der Galvanisierung eingesetzt, um den pH-Wert im alkalischen Bereich zu halten, da dann die Schichtdickenverteilung gleichmäßiger ist
4.3 Bakterienkulturen
- Puffer werden bei Bakterienkulturen eingesetzt, da diese aufgrund ihres Stoffwechsels Säuren produzieren
- Einsatz von Diethylbarbitursäure-Natriumsalz-Puffer:
- Bei Zugabe der Säure bindet das Proton an den freien Sauerstoff.
5. Quellen
Chemie S II heute, Schroedel Verlag
Startwissen Chemie: Ein Crash-Kurs für Studierende der Biowissenschaften und Medizin
www.chemieunterricht.de/dc2/tip/07_08.htm
flexikon.doccheck.com/de/Dihydrogenphosphat
www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_DE_CB56403.htm
www.chemieonline.de/forum/archieve/index.php/t-69175.htm
www.wikipedia.org/wiki/Humanalbumin
sn-hydraulicsolutions.com
felgenservice.de
www.chempage.de/theorie/puffer.htm
www.seilnacht.com
blutpuffer.exsudo.de
www.uni-protokolle.de/Lexikon/Blutpuffer.html
www.wikipedia.org/wiki/Hydrogencarbonate
universal_lexikon.deacademic.com/141114/Diethylbarbitursäure

Puffer in der Natur und der Technik
Danke für eure Aufmerksamkeit!
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