PH e regolazione dei viventi - Sistema tampone

Importanza dell'acqua per gli esseri viventi

Gli esseri viventi hanno bisogno di molta acqua, ma di rado l'acqua è chimicamente pura. È curioso notare che una delle più importanti sostanze disciolte in acqua è anche una delle più semplici gli ioni H Ogni ione È un atomo di idrogeno a cui è stato strappato il suo unico elettrone in altri termini è solo un protone, che tuttavia ha effetti enormi sui sistemi viventi. L'eccesso o la carenza di H, per esempio, possono rovinare la forma di alcune molecole chiave all'interno delle cellule, impedendo loro di funzionare.

Scissione dell'acqua e formazione di ioni

Una fonte di acqua è l'acqua pura. In ogni istante, circa una molecola di acqua su un milione si scinde spontaneamente in due pezzi e uno degli atomi di idrogeno si separa dal resto della molecola Quando questo accade, l'atomo di ossigeno dotato di forte elettronegatività - trattiene presso di sé l'elettrone dell'atomo di idrogeno fuggitivo. Il risultato è la formazione di uno ione idrogeno (H) e di uno ione idrossido (OH).

Nell'acqua pura, il numero di ioni idrogeno deve bilanciare perfettamente il numero di ioni idrossido. Così una soluzione neutra contiene la stessa quantità di H e di OH. In alcune sostanze, tuttavia, gli ioni non sono bilanciati.

Acidi e basi: definizioni e importanza

Un acido è una sostanza chimica che apporta Ha una soluzione, in modo che la concentrazione di ioni H superi quella di ioni OH Esempi di acidi sono l'acido cloridrico (HCl), l'acido solforico (H,SO) e anche alcuni cibi aspri, come l'aceto e il succo di limone. L'aggiunta di acido solforico all'acqua rilascia ioni H nella soluzione.

Dato che nessuno ione OH è stato aggiunto alla soluzione, l'equilibrio di H rispetto agli OH si sposta verso gli H. Una base è l'opposto di un acido: fa sì che la concentrazione di ioni OH superi la concentrazione di ioni H. Le basi possono funzionare in due modi: si scindono, rilasciando direttamente ioni OH nella soluzione, oppure assorbono ioni H. Il risultato finale è lo stesso l'equilibrio fra H' e OH si sposta verso gli OH. Due basi di uso domestico sono il bicarbonato di sodio e l'idrossido di sodio (NaOH).

Quest'ultimo, noto anche come soda caustica, è un ingrediente nei prodotti per la pulizia dei forni e degli scarichi dei lavelli. Quando l'idrossido di sodio si scioglie in acqua, rilascia OH- nella soluzione.

Neutralizzazione e applicazioni quotidiane

Cosa accade se si mescolano un acido e una base? L'acido rilascia protoni, mentre la base può assorbire gli Ho rilasciare OH. Acidi e basi quindi si neutralizzano. Sia gli acidi sia le basi sono importanti per la vita di tutti i giorni. Il sapore aspro dello yogurt e del latte andato a male sono dovuti agli acidi prodotti da batteri. Lo stomaco produce acido cloridrico che uccide i microbi e attiva gli enzimi che partecipano al processo di digestione del cibo. I farmaci antiacido contengono basi che neutralizzano l'eccesso di acidi nello stomaco. Nell'ambiente esterno, alcuni inquinanti dell'aria ritornano a terra sotto forma di piogge acide, che nuocciono alle piante e alla fauna acquatica e danneggiano edifici e monumenti.

Scala del pH e sue implicazioni

Per misurare il grado di acidità o basicità di una soluzione, gli scienziati usano un sistema di misurazione chiamato scala del pH. La scala va da 0 a 14. Il valore 7 indica una soluzione neutra come l'acqua distillata (figura 14). Una soluzione acida ha un pH minore di 7, mentre una soluzione alcalina, o basica, ha un pH maggiore di 7. Notiamo che questa è una scala "rovesciata", nel senso che a una più alta concentrazione di ioni H corrisponde un pH più basso: 0 rappresenta una soluzione fortemente acida, mentre 14 rappresenta una soluzione estremamente basica (bassa concentrazione di H').

Ogni unità sulla scala del pH rappresenta una variazione di 10 volte nella concentrazione di H Una soluzione con pH pari a 4 è 10 volte più acida di pH pari a 5, e 100 volte più acida di una soluzione Lote pl pari a 6. Tutte le specie hanno livelli di pH ottimali Alcuni organismi, come i batteri che causano ulcera nello stomaco umano, si sono adattati a un ambiente a basso pH (figura 15). Il pH normale del sangue umano varia tra 7.35 e 7.45. L'insufficienza respiratoria o quella renale possono far scendere il pH sanguigno sotto 7. Al contrario, il vomito, l'iperventilazione e certi tipi di droghe alcaloidi possono aumentare il pH del sangue sopra 7.8. Quando ci si allontana dal normale livello di pH, in entrambe le direzioni, è pericoloso per l'organismo.

Sistemi tampone e regolazione del pH

Il mantenimento del corretto pH dei fluidi corporei è fondamentale, eppure gli organismi incontrano molto spesso situazioni che potrebbero alterare il loro pH interno. Come riescono a mantenere l'equilibrio? Ricorrendo a sistemi tampone, cioè coppie coniugate di acidi e basi deboli che contrastano i cambiamenti di pH.

Consideriamo l'acido cloridrico: è un acido molto forte perché rilascia tutti i suoi ioni H quando si scioglie in acqua. Come si vede nella figura 14, il suo pH è 0. Un acido debole, invece, non rilascia tutti suoi ioni H in soluzione. Un esempio di acido debole è l'acido carbonico, H.CO,. In soluzione acquosa, l'acido carbonico è soggetto a questa reazione.

La coppia acido carbonico-bicarbonato è uno dei sistemi tampone del corpo umano, e contribuisce a mantenere il pH del sangue intorno a 7,4. Se in un fluido corporeo l'aggiunta di una base sottrae H' dalla soluzione, la reazione si sposta verso destra per produrre nuovi He riportare il fluido alla sua acidità iniziale Se invece l'aggiunta di un acido fornisce H alla soluzione, la reazione si sposta verso sinistra e consuma l'eccesso di H. Questa azione mantiene relativamente costante il pH del fluido, ma non è infallibile.

Acidosi metabolica e rischi associati

In condizioni patologiche come il diabete non trattato, o dopo un eccessivo consumo di alcol, l'acidificazione del sangue è tale da non poter essere più compensata dai sistemi tampone fisiologici. Questa condizione si chiama acidosi metabolica e deve essere trattata con farmaci e in tempi rapidi per prevenire eventuali danni all'organismo.