生物系統(tǒng)中緩沖液的制備和使用指南（1）水的電離

首先，在我們開始討論緩沖劑及其如何控制氫離子濃度之前，有必要簡(jiǎn)要解釋一下水的作用以及弱酸和弱堿的平衡常數(shù)。

一、水的電離

水占大多數(shù)生物質(zhì)量的70%左右。所有的生物反應(yīng)都發(fā)生在水介質(zhì)中。細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的各個(gè)方面都與水的物理和化學(xué)性質(zhì)相適應(yīng)。因此，我們有必要了解水及其電離產(chǎn)物的一些基本性質(zhì)，即H+和OH-。可以說，H+和OH-會(huì)影響細(xì)胞內(nèi)所有生物大分子的結(jié)構(gòu)、組裝和性質(zhì)。

水是極性溶劑，能溶解大多數(shù)帶電分子。水通過削弱陽離子和陰離子的靜電相互作用來水合和穩(wěn)定它們，從而溶解大多數(shù)鹽(如下圖)。

容易溶于水的化合物被稱為親水化合物。

非極性化合物，如氯仿和醚，不與水以任何有利的方式相互作用，被稱為疏水化合物。

一些生物大分子，如蛋白質(zhì)、某些維生素、類固醇和磷脂，都包含極性區(qū)和非極性區(qū)。它們被稱為兩親分子。兩親分子的親水區(qū)域以能夠與水分子很大程度相互作用的方式排列，其疏水區(qū)域則聚集在一起，以盡可能小的程度暴露在水環(huán)境中。

水分子經(jīng)過可逆電離生成H+和OH-，如下式所示。

水在平衡狀態(tài)下的離子化程度是相當(dāng)小的，由下面的方程給出，其中Keq是平衡常數(shù)。

25℃時(shí)，純水的濃度為55.6 M (1000÷18；水分子量18.0)。因此，我們可以將上式改寫為:

對(duì)于純水，通過電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)測(cè)得在25℃下Keq值為1.8×10^-16 M。

因此，

水的離子積[H+][OH -]在25℃時(shí)始終等于1.0×10^-14 M2。當(dāng)[H+]和[OH -]等量存在時(shí)，溶液的pH值為中性。

因?yàn)镠+和OH -的總濃度是恒定的，一個(gè)離子的增加被另一個(gè)離子濃度的減少所補(bǔ)償。這就形成了pH值的基礎(chǔ)。

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