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Tutorial MenueChemie für MedizinerLerneinheit 7 von 19

Chemie für Mediziner: Säuren und Basen

Kohlensäurepuffer

Kohlendioxid (CO2) und Wasser sind die mengenmäßig wichtigsten Endprodukte des Stoffwechsels. Im Wasser gelöstes Kohlendioxid reagiert zur zweiprotonigen Kohlensäure (1), welche in einer zweiten Reaktion dissoziiert (2).

CO2+ H2O H2CO3 pKa,1 = 3,1        (1) H2CO3+ H2O HCO3+ H3O+ pKa,2 = 3,3        (2) CO2+ 2H2O HCO3+ H3O+ pKa = 6,4         Gesamtreaktion

Das Gleichgewicht der ersten Reaktion liegt auf der linken Seite (pK = 3,1). Löst man also Kohlendioxid in Wasser liegt es vorwiegend als CO2 und nur zu einem geringen Teil als H2CO3 vor.Reaktionsgleichung (1) und (2) lassen sich zusammenziehen und die pK-Werte addieren. Das Gleichgewicht der Gesamtreaktion liegt noch stärker auf der linken Seite: gelöstes Kohlendioxid reagiert als schwache Säure. Die konjugierte Base ist das Hydrogencarbonat, auch Bicarbonat genannt.

Kohlendioxid und Bicarbonat bilden ein Puffersystem mit pH-Optimum bei pH = 6,4.

pH = 6,4 + log [(HCO 3 ) - ] [CO 2 ]

 

Das Kohlendioxid-Bicarbonatpuffersystem ist das bedeutendste Puffersystem des Blutes, das auf einen pH von 7,4 gepuffert ist. Das Konzentrationsverhältnis der Puffersubstanzen bei pH = 7,4 lässt sich somit berechnen:

10 ( pH pKa ) = 10 1 = [ ( HCO 3 ) ] [ CO 2 ] = 10 1

Die Reaktionskonstante ist temperaturabhängig; der pKa der Gesamtreaktion beträgt im Blut bei 37°C 6,1 statt 6,4 bei 25°C. Das Konzentrationsverhältnis wird dann zu:

10 1,3 = [ ( HCO 3 ) ] [ CO 2 ] 20 1

Es liegt also ein Überschuss an Bicarbonat vor, sodass das Puffersystem vor allem gegen H3O+-Ionen wirkt. Da CO2 ein Gas ist, steht das gelöste CO2 im Gleichgewicht mit dem CO2 der Luft in der Lunge. Hier zeigt sich eine Besonderheit dieses Puffersystems. Es kann nämlich nicht nur H3O+-Ionen am Entstehungsort abpuffern, sondern auch das Reaktionsprodukt aus dem Gleichgewicht entfernen:

H3O+ + HCO3CO2(↑) + H2O

Der senkrechte Pfeil deutet an, dass das Kohlendioxid die Lösung verlässt und in die Gasphase geht (das System verlässt). Man spricht deshalb auch von einem offenen Puffersystem.

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