Катионами называют положительно заряженные ионы.

Анионами называют отрицательно заряженные ионы.

В процессе развития химии понятия «кислота» и «основание» претерпели серьёзные изменения. С точки зрения теории электролитической диссоциации кислотами называют электролиты, при диссоциации которых образуются ионы водорода H + , а основаниями - электролиты, при диссоциации которых образуются гидроксид-ионы OH – . Эти определения в химической литературе известны как определения кислот и оснований по Аррениусу.

В общем виде диссоциацию кислот представляют так:

где A – - кислотный остаток.

Такие свойства кислот, как взаимодействие с металлами, основаниями, основными и амфотерными оксидами, способность изменять окраску индикаторов, кислый вкус и т. д., обусловлены наличием в растворах кислот ионов H + . Число катионов водорода, которые образуются при диссоциации кислоты, называют её основностью. Так, например, HCl является одноосновной кислотой, H 2 SO 4 - двухосновной, а H 3 PO 4 - трёхосновной.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, например:

От образовавшегося на первой ступени кислотного остатка H 2 PO 4 – последующий отрыв иона H + происходит гораздо труднее из-за наличия отрицательного заряда на анионе, поэтому вторая ступень диссоциации протекает гораздо труднее, чем первая. На третьей ступени протон должен отщепляться от аниона HPO 4 2– , поэтому третья ступень протекает лишь на 0,001%.

В общем виде диссоциацию основания можно представить так:

где M + - некий катион.

Такие свойства оснований, как взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами, амфотерными гидроксидами и способность изменять окраску индикаторов, обусловлены наличием в растворах OH – -ионов.

Число гидроксильных групп, которые образуются при диссоциации основания, называют его кислотностью. Например, NaOH - однокислотное основание, Ba(OH) 2 - двухкислотное и т. д.

Многокислотные основания диссоциируют ступенчато, например:

Большинство оснований в воде растворимо мало. Растворимые в воде основания называют щелочами .

Прочность связи М-ОН возрастает с увеличением заряда иона металла и увеличением его радиуса. Поэтому сила оснований, образуемых элементами в пределах одного и того же периода, уменьшается с возрастанием порядкового номера. Если один и тот же элемент образует несколько оснований, то степень диссоциации уменьшается с увеличением степени окисления металла. Поэтому, например, у Fe(OH) 2 степень основной диссоциации больше, чем у Fe(OH) 3 .

Электролиты, при диссоциации которых одновременно могут образовываться катионы водорода и гидроксид-ионы, называют амфотерными . К ним относят воду, гидроксиды цинка, хрома и некоторые другие вещества. Их полный перечень приведён в уроке 6, а их свойства рассмотрены в уроке 16.

Солями называют электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (а также катион аммония NH 4 +) и анионы кислотных остатков.

Химические свойства солей будут описаны в уроке 18.

Тренировочные задания

1. К электролитам средней силы относится

1) H 3 PO 4
2) H 2 SO 4
3) Na 2 SO 4
4) Na 3 PO 4

2. К сильным электролитам относится

1) KNO 3
2) BaSO 4
4) H 3 PO 4
3) H 2 S

3. Сульфат-ион в значительном количестве образуется при диссоциации в водном растворе вещества, формула которого

1) BaSO 4
2) PbSO 4
3) SrSO 4
4) K 2 SO 4

4. При разбавлении раствора электролита степень диссоциации

1) остается неизменной
2) понижается
3) повышается

5. Степень диссоциации при нагревании раствора слабого электролита

1) остается неизменной
2) понижается
3) повышается
4) с начала повышается, потом понижается

6. Только сильные электролиты перечислены в ряду:

1) H 3 PO 4 , K 2 SO 4 , KOH
2) NaOH, HNO 3 , Ba(NO 3) 2
3) K 3 PO 4 , HNO 2 , Ca(OH) 2
4) Na 2 SiO 3 , BaSO 4 , KCl

7. Водные растворы глюкозы и сульфата калия соответственно являются:

1) с ильным и слабым электролитом
2) неэлектролитом и сильным электролитом
3) слабым и сильным электролитом
4) слабым электролитом и неэлектролитом

8. Степень диссоциации электролитов средней силы

1) больше 0,6
2) больше 0,3
3) лежит в пределах 0,03-0,3
4) менее 0,03

9. Степень диссоциации сильных электролитов

1) больше 0,6
2) больше 0,3
3) лежит в пределах 0,03-0,3
4) менее 0,03

10. Степень диссоциации слабых электролитов

1) больше 0,6
2) больше 0,3
3) лежит в пределах 0,03-0,3
4) менее 0,03

11. Электролитами являются оба вещества:

1) фосфорная кислота и глюкоза
2) хлорид натрия и сульфат натрия
3) фруктоза и хлорид калия
4) ацетон и сульфат натрия

12. В водном растворе фосфорной кислоты H 3 PO 4 наименьшая концентрация частиц

1) H 3 PO 4
2) H 2 PO 4 –
3) HPO 4 2–
4) PO 4 3–

13. Электролиты расположены в порядке увеличения степени диссоциации в ряду

1) HNO 2 , HNO 3 , H 2 SO 3
2) H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , HNO 2
3) HCl, HBr, H 2 O

14. Электролиты расположены в порядке уменьшения степени диссоциации в ряду

1) HNO 2 , H 3 PO 4 , H 2 SO 3
2) HNO 3 , H 2 SO 4 , HCl
3) HCl, H 3 PO 4 , H 2 O
4) CH 3 COOH, H 3 PO 4 , Na 2 SO 4

15. Практически необратимо диссоциирует в водном растворе

1) уксусная кислота
2) бромоводородная кислота
3) фосфорная кислота
4) гидроксид кальция

16. Электролитом, более сильным по сравнению с азотистой кислотой, будет

1) уксусная кислота
2) сернистая кислота
3) фосфорная кислота
4) гидроксид натрия

17. Ступенчатая диссоциация характерна для

1) фосфорной кислоты
2) соляной кислоты
3) гидроксида натрия
4) нитрата натрия

18. Только слабые электролиты представлены в ряду

1) сульфат натрия и азотная кислота
2) уксусная кислота, сероводородная кислота
3) сульфат натрия, глюкоза
4) хлорид натрия, ацетон

19. Каждое из двух веществ является сильным электролитом

1) нитрат кальция, фосфат натрия
2) азотная кислота, азотистая кислота
3) гидроксид бария, сернистая кислота
4) уксусная кислота, фосфат калия

20. Оба вещества являются электролитами средней силы

1) гидроксид натрия, хлорид калия
2) фосфорная кислота, азотистая кислота
3) хлорид натрия, уксусная кислота
4) глюкоза, ацетат калия

Анионы - это составные части двойных, комбинированных, средних, кислых, основных солей. В качественном анализе каждый из них можно определить с помощью определенного реактива. Рассмотрим качественные реакции на анионы, используемые в неорганической химии.

Особенности анализа

Он является одним из важнейших вариантов идентификации веществ, распространенных в неорганической химии. Существует подразделение анализа на два компонента: качественный, количественный.

Все качественные реакции на анионы подразумевают идентификацию вещества, установление наличия в нем определенных примесей.

Количественный анализ устанавливает четкое содержание примесей и базового вещества.

Специфика качественного обнаружения анионов

Далеко не все взаимодействия можно использовать в качественном анализе. Характерной считается реакция, которая приводит к изменению окраски раствора, выпадению осадка, его растворению, выделению газообразного вещества.

Группы анионов определяют путем селективной реакции, благодаря которой можно обнаружить только определенные анионы в составе смеси.

Чувствительность - это наименьшая концентрация раствора, при которой определяемый анион можно обнаружить без его предварительной обработки.

Групповые реакции

Существуют такие химические вещества, которые способны при взаимодействии с разными анионами давать сходные результаты. Благодаря применению группового реактива можно выделять различные группы анионов, проводя их осаждение.

При проведении химического анализа неорганических веществ, в основном, проводят исследование водных растворов, в которых соли присутствуют в диссоциированном виде.

Именно поэтому анионы солей определяют путем их открытия в растворе вещества.

Аналитические группы

В кислотно-основном методе принято выделять три аналитические группы анионов.

Проанализируем, какие анионы можно определять, пользуясь определенными реактивами.

Сульфаты

Для их выявления в смеси солей в качественном анализе применяют растворимые соли бария. Учитывая, что сульфат-анионы - это SO4, краткое ионное уравнение происходящей реакции имеет вид:

Ba 2 + + (SO 4) 2- = BaSO4

Полученный в результате взаимодействия сульфат бария имеет белый цвет, является нерастворимым веществом.

Галогениды

При определении анионов хлора в солях в качестве реактива используют растворимые соли серебра, так как именно катион этого благородного металла дает нерастворимый белый осадок, поэтому так определяют хлорид-анионы. Это далеко не полный перечень качественных взаимодействий, используемых в аналитической химии.

Помимо хлоридов, соли серебра используют также для выявления наличия в смеси йодидов, бромидов. Каждая из солей серебра, образующая соединение с галогенидом, имеет определенную окраску.

Например, AgI имеет желтый цвет.

Качественные реакции на анионы 1 аналитической группы

Сначала рассмотрим, какие в нее входят анионы. Это карбонаты, сульфаты, фосфаты.

Самой распространенной в аналитической химии, считается реакция на определение сульфат-ионов.

Для ее проведения можно воспользоваться растворами сульфата калия, хлорида бария. При смешивании между собой этих соединений образуется белый осадок сульфата бария.

В аналитической химии обязательным условием является написание молекулярных и ионных уравнений тех процессов, которые были проведены для выявления анионов определенной группы.

Если записывать полное и сокращенное ионное уравнение для данного процесса, можно подтвердить образование нерастворимой соли BaSO4 (сульфата бария).

При выявлении карбонат-иона в смеси солей используют качественную реакцию с неорганическими кислотами, сопровождающуюся выделением газообразного соединения - углекислого газа. Кроме того, при выявлении карбоната в аналитической химии также используется реакция с хлоридом бария. В результате ионного обмена выпадает белый осадок карбоната бария.

Сокращенное ионное уравнение процесса описывается схемой.

Хлорид бария осаждает карбонат-ионы в виде белого осадка, что используется в качественном анализе анионов первой аналитической группы. Иные катионы не дают такого результата, поэтому не подходят для определения.

При взаимодействии карбоната с кислотами краткое ионное уравнении имеет следующий вид:

2H + +CO 3 - =CO 2 +H 2 O

При выявлении фосфат-ионов в смеси также применяется растворимая соль бария. Смешивание раствора фосфата натрия с хлоридом бария приводит к образованию нерастворимого фосфата бария.

Таким образом, можно сделать вывод об универсальности хлорида бария, возможности его применения для определения анионов первой аналитической группы.

Качественные реакции на анионы второй аналитической группы

Хлорид-анионы можно обнаружить при взаимодействии с раствором нитрата серебра. В результате ионного обмена образуется творожистый белый осадок хлорида серебра (1).

Бромид этого металла имеет желтоватый цвет, а йодид отличается насыщенной желтой окраской.

Молекулярное взаимодействие хлорида натрия с нитратом серебра имеет следующий вид:

NaCl + AgNO 3 =AgCl +NaNO 3

Среди специфических реактивов, которые можно использовать при определении в смеси иодид-ионов, выделим катионы меди.

KI + CuSO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + CuI

Данный окислительно-восстановительный процесс характеризуется образованием свободного йода, что и применяется в качественном анализе.

Силикат-ионы

Для обнаружения этих ионов используют концентрированные минеральные кислоты. Например, при добавлении к силикату натрия концентрированной соляной кислоты образуется осадок кремниевой кислоты, имеющий гелеобразный вид.

В молекулярном виде данный процесс:

Na 2 SiO 3 + 2HCl = NaCl+ H 2 SiO 3

Гидролиз

В аналитической химии гидролиз по аниону является одним из способов определения реакции среды в растворах солей. Для того чтобы правильно определить вариант протекающего гидролиза, необходимо выяснить, из какой кислоты и основания получена соль.

Например, сульфид алюминия образован нерастворимым гидроксидом алюминия и слабой сероводородной кислотой. В водном растворе этой соли происходит гидролиз по аниону и по катиону, поэтому среда нейтральна. Ни один из индикаторов не будет менять своей окраски, следовательно, путем гидролиза сложно будет провести определение состава данного соединения.

Заключение

Качественные реакции, которые используют в аналитической химии для определения анионов, позволяют получать в виде осадков определенные соли. В зависимости от того, анионы какой аналитической группы необходимо выявить, для эксперимента подбирается определенный групповой реактив.

Именно по этой методике проводят определение качества питьевой воды, выявляя, не превышает ли количественное содержание анионов хлора, сульфата, карбоната тех предельных допустимых концентраций, которые установлены санитарно-гигиеническими требованиями.

В условиях школьной лаборатории эксперименты, касающиеся определения анионов, являются одним из вариантов заданий исследовательского характера на практической работе. В ходе эксперимента школьники не только анализируют цвета получаемых осадков, но и составляют уравнения реакций.

Кроме того, элементы качественного анализа предлагаются выпускникам в итоговых тестах по химии, позволяют определить уровень владения будущими химиками и инженерами молекулярными, полными и сокращенными ионными уравнениями.

АНИОНЫ (отрицательные ионы) Что такое анионы? Как анионы влияют на организм человека?

Что такое анионы?

Молекулы и атомы воздуха, в обычных условиях, нейтральны. Но при ионизации воздуха, которая может произойти посредством обычного излучения, микроволновой радиации, ультрафиолетовой радиации иногда просто посредством простого удара молнии. Воздух разряжается - молекулы кислорода теряют часть отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, которые в дальнейшем находят и присоединяются к любым нейтральным молекулам, придавая им отрицательный заряд. Такие отрицательно заряженные молекулы называют анионами. Человек не может существовать без анионов как и любое другое живое существо.

Аромат свежего воздуха - наличие анионов мы чувствуем в воздухе живой природы: высоко в горах, у моря, сразу после дождя - в это время хочется дышать полной грудью, вдыхать эту чистоту и свежесть воздуха. Анионы (отрицательно заряженные ионы) воздуха называют воздушными витаминами. Анионы лечат заболевания бронхов, легочной системы человека, являются мощным средством профилактики любых заболеваний, повышают иммунитет человеческого организма. Отрицательные ионы (Анионы) способствуют очищению воздуха от бактерий, микробов, болезнетворной микрофлоры и пыли, доводя число бактерий и пылинок до минимума, а иногда и до нуля. Анионы хорошо оказывают длительное очищающее обеззараживающее действие на микрофлору окружающего воздуха

Здоровье человека напрямую зависит от количественного содержания анионов в окружающем воздухе. Если в окружающем пространстве в воздухе, попадающем в человеческий организм, анионов содержится слишком мало, то человек начинает дышать судорожно, может почувствовать усталость, начинающиеся головокружение и головную боль или даже впасть в депрессию. Все эти состояния поддаются лечению, если содержание анионов в поступающем в легкие воздухе составляет минимум 1200 анионов на 1 кубический сантиметр. Если увеличить содержание анионов внутри жилых помещений до 1500-1600 анионов на 1 кубический сантиметр, то самочувствие живущих или работающих там людей резко улучшится; Вы начнете чувствовать себя очень хорошо, работать с удвоенной энергией, повышая тем самым свою производительность и качество труда.

При непосредственном контакте анионов с кожей, благодаря высокой проникающей способности отрицательных ионов, у человека в организме происходят сложные биохимические реакции и процессы, которые способствуют:

общему укреплению человеческого организма, иммунитета и поддержанию энергетического статуса организма в целом

улучшению кровоснабжения всех органов, улучшение мозговой деятельности, профилактике кислородной недостаточности головного мозга,

Анионы улучшают работу сердечной мышцы, тканей почек и печени

анионы способствуют усилению микроциркуляции крови в сосудах, повышению эластичности тканей

отрицательно заряженные частицы (Анионы) предотвращают старения организма

анионы способствуют активизации противоотечного и иммуномодулирующего действия

анионы помогают против РАКа, опухолей, повышают собственную противоопухолевую защиту организма

при увеличении анионов в воздухе улучшается проводимости нервных импульсов

Таким образом следует:

Анионы (отрицательные ионы) - это незаменимый помощник в укреплении человеческого здоровья и продления его жизни

Классификация катионов и анионов.

Методы анализа.

Аналитическая химия – наука об определении химического состава вещества.

Аналитическая химия и ее методы широко применяются на предприятиях общественного питания и пищевой промышленности для осуществления контроля качества сырья, полуфабрикатов, готовой продукции; определения сроков реализации и условий хранения продукции.

В аналитической химии различают количественный и качественный анализ. Задача количественного анализа - определение относительного количества элементов в соединениях или химических соединений в смесях; задача качественного анализа - обнаружить присутствие элементов в соединениях или химических соединений в смесях.

История развития аналитической химии.

Изначально с помощью качественного анализа определяли свойства некоторых минералов. Количественный анализ применялся в пробирном деле (определение благородных металлов) - Древняя Греция, Египет. В 9-10веке методы пробирного дела применялись для определения благородных металлов в Киевской Руси.

Аналитическая химия как наука начинает развиваться с середины 17 века.

Впервые основы качественного анализа изложил английский ученый Р.Бойль, он же ввел термин «химический анализ». Р.Бойль считается родоначальником научной аналитической химии.

Законы количественного анализа изложил Ломоносов в середине 17 века. Ломоносов впервые начал применять взвешивание исходных веществ и продуктов реакции.

К середине ХIХ века оформились титриметрические и гравиметрические методы анализа, методы газового анализа.

Первый учебник по аналитической химии появился в России в 1871 г. Автор этого учебника – русский химик Н.А. Меншуткин.

Во второй половине ХХ века появилось много новых методов анализа: рентгеновские, масс-спектральные и т.д.

Классификация методов анализа, применяемых в аналитической химии.

Аналитическая химия включает два основных раздела: количественный анализ и качественный анализ.

Методы качественного анализа:

Ø Химические

Ø Физико-химические

Ø Физические

Химический анализ:

Ø «сухим» путем

Ø «мокрым» путем

«Сухой» путь – химические реакции, которые идут при накаливании, сплавлении, окрашивании пламени.

Пример : окрашивание пламени катионами металлов (натрий – желтый, калий – розово-фиолетовый, кальций – оранжево-красный, медь – зеленый и т.д.), которые образуются при электролитической диссоциации солей:

NaCl → Na + + Cl -

K 2 CO 3 → 2K + + CO 3 2-

«Мокрый» путь – химические реакции в растворах электролитов.

Также в качественном анализе в зависимости от количества исследуемого вещества, объема раствора, техники выполнения различают:

1) макрометод: сравнительно большие навески (0,1 г и более) или большие объемы растворов (10 мл и более) исследуемого вещества. Этот метод наиболее удобен в определении.

2) микрометод: навески от 10 до 50 мг и объемы раствора до нескольких мл.

3) полумикрометод: навески 1-10 мг и объемы раствора около 0,1 – 1 мл.

Микрометод и полумикрометод обладают двумя несомненными достоинствами:

1. Большая скорость выполнения анализа

2. Небольшое требуемое количество анализируемого вещества.

Физико-химические методы анализа:

Ø колориметрические (сравнение окраски двух растворов)

Ø нефелометрические (помутнение исследуемого раствора от действия каких-то реагентов)

Ø электрохимические (момент окончания реакции определяют по изменению электропроводности раствора, потенциала электродов в исследуемом растворе)

Ø рефрактометрические (определяют показатель преломления)

Физические методы анализа:

Ø спектральный анализ (изучение спектров излучения или поглощения)

Ø люминесцентный (изучение характера свечения вещества под действием УФ)

Ø масс-спектрометрический

Ø рефрактометрический

Для обнаружения ионов в растворах в аналитической химии используют аналитические реакции.

Аналитическая реакция – химическое превращение, при котором исследуемое вещество переводят в новое соединение с характерным признаком.

Признаки аналитической реакции:

Ø Выпадение осадка

Ø Растворение осадка

Ø Изменение цвета

Ø Выделение газообразного вещества

Условия аналитической реакции:

Ø Быстрое протекание

Ø Специфичность

Ø Чувствительность

Чувствительная реакция – реакция, при помощи которой можно обнаружить наименьшее количество вещества из наименьшего количества раствора.

Чувствительная реакция характеризуется:

1. Открываемым минимумом (наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено данной реакцией)

2. Минимальной концентрацией (отношение массы определяемого вещества к массе или объему растворителя).

Специфичной называется реакция, при помощи которой можно открыть ион в присутствии других ионов по специфичному изменению цвета, образованию характерного осадка, выделению газа и т.д.

Пример: ион бария обнаруживают хроматом калия К 2 СгО 4 (выпадает ярко-желтый осадок).

На специфичных реакциях основан анализ, называемый дробным . С помощью дробного анализа можно открывать ионы в любой последовательности, используя специфичные реакции.

Однако специфичных реакций известно мало, чаще реактивы взаимодействуют с несколькими ионами. Такие реакции и реактивы называются общими . В этом случае применяют систематический анализ. Систематический анализ - определенная последовательность обнаружения ионов, находящихся в смеси. Ионы, составляющие смесь, разделяют на отдельные группы, из этих групп каждый ион выделяют в строго определенной последовательности, а затем открывают этот ион наиболее характерной реакцией. Реакции, характерные для одного иона, называются частными .

Классификация катионов и анионов.

В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в растворимости образуемых ими солей и гидроксидов.

Аналитическая группа – группа катионов или анионов, которая с каким-то одним реактивом дает сходные аналитические реакции.

Классификации катионов:

Ø сульфидная, или сероводородная,– является классической, разработал Меншуткин Н.А.;

Ø кислотно-основная и т.д.

Сульфидная классификации катионов основана на отношении катионов к сульфид-иону:

1) Катионы, осаждаемые сульфид-ионом

2) Катионы, не осаждаемые сульфид-ионом.

Каждая группа имеет свойгрупповой реактив – реактив, используемый для открытия одной группы ионов и образующий осадок с ионами данной группы (Ва 2+ + SО 4 2- → ВаSО 4 ↓)

Определение катионов проводят систематическим анализом .

Катионы и анионы выполняют в организме важные функции, например:

Ответственны за осмоляльность жидкости тела,

Образуют биоэлектрический мембранный потенциал,

Катализируют процесс обмена веществ,

Определяют действительную реакцию (рН) жидкости тела,

Стабилизируют определенные ткани (костную ткань),

Служат в качестве энергетического депо (фосфаты),

Участвуют в свертывающей системе крови.

В организме человека массой 70 кг содержится приблизительно 100 г натрия (60 мэкв/кг), 67% его активно обменивается (Geigy). Половина натрия организма находится во внеклеточном пространстве. Треть располагается в костях и хрящах. Содержание натрия в клетках мало (см. также рис. 6).

Концентрация в плазме: 142(137-147) мэкв/л

Основная роль

Основная ответственность за осмоляльность внеклеточного пространства. 92% всех катионов и 46% всех внеклеточных осмотически активных частиц составляют ионы натрия.

Концентрация натрия может определять осмоляльность плазмы, за исключением таких патологических процессов, как сахарный диабет, уремия (см. 1.1.2).

Величина внеклеточного пространства зависит от содержания натрия.

При бессолевых диетах или применении салуретиков внеклеточное пространство уменьшается; оно увеличивается при усиленном введении натрия.

Влияние на внутриклеточное пространство через содержание натрия в плазме. При повышении внеклеточной осмоляльности, например при введении гипертонического раствора поваренной соли, вода выводится из клеток, при снижении осмоляльности плазмы, например при потере соли, клетки обводняются.

Участие в создании биоэлектрического мембранного потенциала. Калий

В организме человека массой 70 кг содержится приблизительно 150 г калия (54 мэкв/кг), 90% его активно участвует в обмене (Geigy); 98% калия организма находится в клетках и 2% - внеклеточно (Fleischer, Frohlich). В мускулатуре определяется 70% общего содержания калия (Black).

Концентрация калия не во всех клетках одинакова. Мышечные клетки содержат 160 мэкв калия/кг воды (Geigy), эритроциты располагают только 87 мэкв/кг эритроцитной массы (Burck, 1970).

Концентрация калия в плазме: 4,5 (3,8-4,7) мэкв 1 л.

Основная роль

Участвует в утилизации углеводов;

Необходим для синтеза белков; при расщеплении белков калий

освобождается; при синтезе связывается (соотношение: 1 г азота приблизительно на 3 мэкв калия);

Оказывает важное влияние на нервно-мышечное возбуждение.

Каждая клетка мышц и нервное волокно в состоянии покоя представляют собой калиевую батарею, заряд которой в значительной степени определяется соотношением концентраций калия внутри и вне клеток. Процесс возбуждения связан с активным включением внеклеточных ионов натрия во внутренние волокна и медленным выходам внутриклеточного калия из волокон.

Препараты обусловливают вывод внутриклеточного калия. Состояния, связанные с низким содержанием калия, сопровождаются выраженным действием препаратов дигиталиса. При хроническом недостатке калия нарушается тубулярная реабсорбция (Nizet).

Калий участвует в деятельности мышц, сердца, нервной системы, почек, каждой клетки.

Особенности

Большой практический интерес представляет собой взаимосвязь между концентрацией калия в плазме и содержанием калия внутри клетки. Существует принцип, что при уравновешенном обмене веществ содержание калия в плазме определяет его общее содержание во всем организме. На это соотношение влияют:

Значение рН внеклеточной жидкости,

Энергия обмена веществ в клетке,

Функция почек.

Влияние значения рН на концентрацию калия в плазме

При нормальном содержании калия в организме снижение рН увеличивает количество калия в плазме, (повышение рН - уменьшает. Пример: рН 7,3, ацидемия - концентрация калия в плазме 4,8 мэкв/л рН 7,4, норма - концентрация калия в плазме 4,5 мэкв/л рН 7,5, алкалиемия-концентрация калия в плазме 4,2 мэкв/л (Значения рассчитаны по данным Siggaard- Andersen, 1965.) Ацидемии соответствует небольшое по сравнению с нормой повышение концентрации калия в плазме. Иначе говоря, значение 4,5 мэкв/л плазмы указывает при ацидемии на внутриклеточный дефицит калия. Наоборот, при алкалиемии в случае нормального содержания калия нужно ожидать пониженного содержания его в плазме. Зная кислотно-щелочное состояние, можно лучше оценить количество калия в плазме:

Ацидемия →[К]плазма - повышение Алкалиемия→ [К]плазма - снижение

Эти зависимости, выявленные в эксперименте, не всегда клинически доказуемы, так как одновременно развиваются: дальнейшие процессы, влияющие на количество калия в плазме, вследствие чего нивелируется воздействие одного процесса (Heine, Quoss, Guttler).

Влияние энергии обмена веществ клетки на концентрацию калия в плазме

Усиленный отток клеточного калия во внеклеточное пространство происходит, например, при:

Недостаточном снабжении тканей кислородом (шок),

Усиленном разрушении белков (катаболическое состояние).

Сниженной утилизации углеводов (диабет),

Клеточной дегидратации.

Интенсивный приток калия в клетки наблюдается, например, при:

Улучшенной утилизации глюкозы под действием инсулина,

Усиленном синтезе белков (рост, введение анаболических стероидов, репарационная фаза после операции, травма),

Клеточной регидратации.

Разрушающие процессы →[К]плазмы - повышение Восстанавливающие процессы →[К]плазмы - снижение

Ионы натрия, введенные в большом количестве, повышают обмен клеточного калия и способствуют повышенному выведению калия через почки (особенно если ионы натрия связаны не с ионами хлора, а с легко метаболизируемыми анионами, например цитратом). Концентрация калия в плазме вследствие излишка натрия снижается в результате увеличения внеклеточного пространства. Снижение натрия ведет к уменьшению внеклеточного пространства и повышению концентрации калия в плазме:

Излишек натрия→ [К] плазма - снижение Недостаток натрия→[К] плазма - повышение

Влияние почек на концентрацию калия в плазме

Почки меньше влияют на сохранение содержания калия, чем натрия. При недостатке калия почки удерживают его вначале с трудом, поэтому потери могут превышать введение. Наоборот, при передозировке калий довольно легко удаляется током мочи. При олигурии и анурии повышается количество калия в плазме.

Олигурия, анурия→ [К] плазма - повышение

Таким образом, внеклеточная (плазменная) концентрацш калия является результатом динамического равновесия между:

Введением;

Способностью клеток к удержанию в зависимости от значения рН и состоянием обмена веществ (анаболизм - катаболизм);

Ренальным выведением калия в зависимости от:

· кислотно-щелочного состояния,

· тока мочи,

· альдостерона;

Внепочечной потерей калия, например, в желудочно-кишечном тракте. Кальций

У взрослого человека массой 70 кг содержится приблизительно 1000- 1500 г кальция -от 50000 до 75000 мэкв (1,4-2% массы тела), 99% кальция находится в костях и зубах (Rapoport).

Концентрация в плазме: 5(4,5-5,5) мэкв/л с небольшими индивидуальными отклонениями (Rapoport).

Кальций в плазме распределен в трех фракциях, а именно 50-60% ионизировано и способно к диффузии, 35-50% связано с белками (не ионизировано и не способно к диффузии), 5-10% связано комплексной связью с органическими кислотами (лимонная кислота) - не ионизировано, но способно к диффузии (Geigy). Между отдельными фракциями кальция существует подвижное равновесие, которое зависит от рН. При ацидозах, например, степень диссоциации, а, следовательно, и количество диссоциированного кальция возрастают (замедляет явления тетании при ацидозе).

Биологически активны только ионы кальция. Точные данные, позволяющие определить состояние обмена кальция, получают только путем измерения количества ионизированного кальция (Pfoedte, Ponsold).

Основная роль

Составная часть костей. Кальций в костях находится в виде нерастворимого структурного минерала, главным образом фосфата кальция (гидроксилапатит).

Влияние на возбудимость нервов и мышц. Ионы кальция посредничают в биоэлектрическом феномене между поверхностью волокон и контрактильными реакциями внутри волокон.

Влияние на проницаемость мембран.

Вклад в свертывающую систему крови.

Особенности

На абсорбцию кальция в кишечнике влияет состав пищи. Так, абсорбции кальция способствуют лимонная кислота и витамин D, а препятствуют органические кислоты, например оксалиновая кислота (шпинат, ревень), фитиновая кислота (хлеб, хлебные злаки), жирные кислоты (болезни желчного пузыря). Оптимальное соотношение кальция и фосфата (1.2.1) способствует абсорбции. В регуляции содержания кальция играют ведущую роль паратгормон, витамин D и кальцитонин.

В организме человека массой 70 кг находится 20-28 г магния (Hanze)-от 1600 до 2300 мэкв. Он определяется преимущественно в скелете (половина общего количества), меньше в почках, печени, щитовидной железе, мышцах и нервной системе (Simon). Магний наряду с калием является важнейшим катионом клеток животных и растений.

Концентрация в плазме: 1,6-2,3 мэкв/л (Hanze).

Приблизительно 55-60% магния плазмы ионизировано, 30% связано с белками и 15% - с комплексными соединениями (Geigy).

Основная роль

Значение для многочисленных процессов, управляемых ферментами

(регенерация клеток, утилизация кислорода и выделение энергии; Simon). Магний важен для гликолиза, различных ступеней цитратного цикла, окислительного фосфорилирования, активации фосфатов, нуклеаз, различных пептидаз (Hanze).

Тормозит перенос нервного возбуждения в конечную точку (подобно кураре; антагонист - ионы кальция), следствием чего является понижение нервно-мышечного возбуждения.

Депрессивное влияние на центральную нервную систему.

Уменьшение сократительной способности гладкой мускулатуры и миокарда.

Подавление возбуждения в синусовом узле и нарушение атриовентрикулярной проводимости (при очень высоких дозах остановка сердца в диастоле).

Расширение сосудов.

Содействие фибринолизу (Hackethal, Bierstedt).

Особенности

Наряду с абсорбцией и выделением через почки в регуляции содержания магния в организме участвует еще не до конца изученный гормон поджелудочной железы. Дефицит магния приводит к выведению ионов магния и кальция из костей. Абсорбцию понижает пища, богатая белками и кальцием, а также алкоголь (Simon).

В организме человека массой 70 кг содержится приблизительно 100 г хлора - 2800 мэкв (Rapoport). Концентрация в плазме: 103 (97-108) мэкв/л

Основная роль

Хлор - важнейшая часть анионов плазмы.

Ионы хлора участвуют в образовании мембранного потенциала.

Гидрокарбонат

Гидрокарбонат относится к изменяемой части ионов. Изменения в содержании анионов уравновешиваются благодаря гидрокарбонату. Система гидрокарбонат - угольная кислота является важнейшей внеклеточной буферной системой. Значение рН внеклеточного пространства можно рассчитать по отношению гидрокарбоната к угольной кислоте (дальнейшее рассуждение см. 1.3).

В теле взрослого человека содержится 500-800 г фосфата (1% массы тела). 88% находятся в скелете (Grossmann), остальная часть располагается внутриклеточно и лишь небольшая его часть - во внеклеточном пространстве (Rapoport).

Фосфат может быть как органическим (в качестве составной части фосфопротеинов, нуклеиновых кислот, фосфатидов, коферментов - Rapoport), так и неорганическим. Приблизительно 12% фосфатов плазмы связано с белками .

Концентрация в плазме (неорганический фосфор): 1,4- 2,6мэкв/л.

Основная роль

Вместе с кальцием образует нерастворимый гидроксилапатит (опорная функция костей).

Участие в метаболизме углеводов, а также в хранении и переносе энергии (АТФ, креатинфосфат).

Буферное действие.

Особенности

Фосфор находится во всех продуктах питания. Абсорбция стимулируется витамином D и цитратом, задерживается некоторыми металлами (например, алюминием), цианидами, а также повышенным введением кальция. Фосфаты, выделяемые мочой, действуют в качестве буфера.

Концентрация в плазме (неорганического сульфата) :0,65 мэкв/л

Сульфат образуется из серосодержащих аминокислот (например, цистеин, метионин) и выводится через почки.

При почечной недостаточности концентрация сульфатов в плазме повышается в 15-20 раз.

Органические кислотные радикалы

Лактат (молочная кислота).

Пируват (пировиноградная кислота).

Бета-гидроксибутират (бета-гидроксимасляная кислота).

Ацетоацетат (ацетоуксусная кислота).

Сукцинат (янтарная кислота).

Цитрат (лимонная кислота).

Концентрация в плазме: 6 мэкв/л (Geigy)

Молочная кислота является промежуточным продуктом в процессе обмена углеводов. При снижении уровня кислорода (шок, сердечная недостаточность) концентрация молочной кислоты повышается.

Ацетоуксусная кислота и бета-гидроксимасляная кислота (кетоновые тела) появляются при снижении количества углеводов (голод, пост), а также при нарушении утилизации углеводов (диабет) (см. 3.10.3).

Молекулы белков при рН крови 7,4 существуют главным образом в виде анионов (16 мэкв/л плазмы).

Основная роль

Жизнь связана с белками, отсюда без белков нет жизни Белки

Являются основной составной частью клеточных и межтканевых структур;

Ускоряют в качестве ферментов процессы обмена веществ;

Образуют межклеточное вещество кожи, костей и хрящей;

Обеспечивают деятельность мускулатуры благодаря контрактильным свойствам определенных белков;

Определяют коллоидно-осмотическое давление и тем самым водозадерживающую способность плазмы (1 г альбумина связывает 16 г воды);

Являются защитными веществами (антитела) и гормонами (например, инсулин);

Транспортируют вещества (кислород, жирные кислоты, гормоны, лекарственные вещества и др.);

Действуют в качестве буфера;

Участвуют в свертывании крови.

Это перечисление уже показывает основополагающее значение белков.

Особую нагрузку испытывает белковый баланс в состоянии стресса (см. также 3.8.2.1).

Указания для клинициста

Определяя состояние белков, обычно привлекают следующие параметры:

Клиническую оценку состояния пациента (похудание и пр.);

Концентрацию общего белка и альбумина в плазме;

Концентрацию трансферрина;

Состояние иммунитета (например, кожный тест, исследование с помощью БЦЖ и др., определение числа лимфоцитов и др.).

Чувствительный показатель состояния белкового питания, каковым является концентрация альбумина в плазме, представляет величину зкстраваскулярного запаса альбумина, измеряемого с помощью меченого альбумина. Экстраваскулярный, межтканевый альбумин можно рассматривать как белковый резерв. Он повышается при отличном питании и снижается при дефиците белков без изменения концентрации альбумина в плазме (Kudlicka и соавт.).

Внутрисосудистый запас альбумина составляет 120 г, межтканевый - от 60 до 400 г, у взрослых в среднем 200 г. При падении концентрации альбумина в плазме ниже предельной границы нормы значительно истощаются в первую очередь межтканевые запасы альбумина (Kudlicka, Kudlickova), что видно из табл. 2 и 3. У 46 больных, оперированных по поводу хронических гастродуоденальных язв, Studley установил корреляцию послеоперационной летальности с предоперационным похуданием (см. табл.3).

Таблица 2

Летальность в зависимости от концентрации сывороточного альбумина на клиническом материале терапевтических больных (Wuhmann, Marki)