Угольная кислота и реакция крови. Растворяясь в воде, углекислый газ лишь частично вступает с ней во взаимодействие с образованием угольной кислоты (около 1%)

Растворяясь в воде, углекислый газ лишь частично вступает с ней во взаимодействие с образованием угольной кислоты (около 1%). Отдельно определить содержание окиси углерода и угольной кислоты в воде достаточно трудно, а поэтому суммарную концентрацию этих компонентов принимают за концентрацию свободной угольной кислоты. И так как только незначительное количество растворенного в воде углекислого газа образует угольную кислоту, то расчет содержания свободной угольной кислоты ведется по двуокиси углерода СО2СВоб. И константу диссоциации угольной кислоты можно определить как истинную, если в расчет брать только ионы действительно образующейся угольной кислоты и только первую ступень диссоциации. Тогда эта константа будет равна 1, 32 10" ⁴. Но можно определять константу диссоциации угольной кислоты и при условии, что весь углекислый газ образует угольную кислоту, и эту константу называют кажущейся. Она равна 4, 45 10 " ⁷.

Сравнивая константу диссоциации угольной кислоты (истинную) с константами диссоциации приводимых ниже органических кислот (табл.1), мы видим, что угольная кислота сильнее янтарной, уксусной, бензойной и аскорбиновой, и лишь немного уступает по силе молочной.

Таблица 1

Кислоты в этой таблице перечислены в порядке возрастания их силы. Сила кислот определяется их константами диссоциации — сильнее та кислота, у которой больше константа диссоциации.

Другой формой содержания.угольной кислоты в воде являются гидрокарбонаты, образующиеся при диссоциации угольной кислоты по 1-ой ступени (Н2СОз.«-» Н⁺ + НСОз"), а также при диссоциации гидрокарбонатных солей, образующихся в результате растворения карбонатных пород под действием угольной кислоты:

СаСОз + СО2 + Н2О = Са ⁺² + 2НСО3"

Гидрокарбонаты — наиболее распространенная форма содержания угольной кислоты в природных водах при средних значениях рН. Они обуславливают щелочность воды и это нам прежде всего необходимо помнить.

Еще угольная кислота может содержаться в карбонат-ионах (СОз²"), образующихся при диссоциации угольной кислоты по 2-й ступени: НСОз" < -> Н⁺ + СОз²". Карбонат-ионы содержатся только в щелочной среде (при рН> 8, 4). Но в присутствии ионов кальция содержание СОз²" бывает небольшим вследствие малой растворимости карбоната кальция (СаСОз). А при наличии в растворе свободной угольной кислоты растворимость карбоната кальция возрастает в результате образования гидрокарбонатов, как об этом и было сказано чуточку выше.

Одновременно все формы угольной кислоты в растворе присутствовать, не могут, наиболее вероятными и устойчивыми системами являются СО2 + НСО3" и НСО3" + СО3²;. А какая из этих систем будет преобладать — зависит только от концентрации ионов водорода в растворе. На концентрацию ионов водорода может оказывать существенное влияние концентрация ионов кальция в растворе.

Основная карбонатная система природных вод представляет собой систему из свободной угольной кислоты и гидрокарбонат-ионов. От соотношения этих форм зависит рН природных вод. Например, при низких значениях рН (< 4, 2) в воде присутствует практически только свободная угольная кислота, а повышение рН (от 4, 2 до 8, 35) происходит при снижении концентрации свободной угольной кислоты в растворе и одновременном повышении гидрокарбонатов. При рН больше 8, 35 в воде практически отсутствует свободная угольная кислота и остаются только гидрокарбонат-ионы. Но зависимость рН от соотношения различных форм угольной кислоты в растворе можно рассматривать и по иному — и как зависимость содержания различных форм угольной кислоты от рН раствора.

Угольная кислота в форме карбонат-ионов называется связанной. Принято считать, что гидрокарбонаты наполовину состоят из связанной и свободной угольной кислоты, так как при разложении они дают карбонаты (связанную) и свободную угольную кислоту: 2НСО3- -> СО2 + СО3²" + Н2О.

Если в водном растворе одновременно присутствуют свободная угольная кислота и гидрокарбонаты, то в состоянии равновесия определенному содержанию гидрокарбонат-ионов соответствует вполне определенное количество свободной угольной кислоты, которую называют равновесной угольной кислотой.

Если содержание свободной угольной кислоты в растворе будет меньше равновесного с гидрокарбонатами:

Са²++ 2НСО3-> СО2 + СаСОз + Н2О (2.1), то (по принципу Ле Шателье) равновесие смещается вправо, гидрокарбонат-ионы разрушаются с образованием свободной угольной кислоты и карбонат-ионов. Но избыток карбонат-ионов легко взаимодействует с ионами кальция (Са²⁺), содержащимися в растворе, с образованием труднорастворимого карбоната кальция (СаСОз).

Результаты этого неравенства (2.1) мы можем увидеть на дне озера Севан в Армении — поступающая в это озеро вода содержит много гидрокарбонат-ионов и ионов кальция, а поэтому в нем постоянно происходит образование нерастворимого карбоната кальция, который и оседает на дно.

Если же свободной угольной кислоты в водном растворе будет больше, чем необходимо для состояния равновесия —

Са² + 2НСО3" < СО2 + СаСО3 + Н2О (2.2),

то часть свободной угольной кислоты будет взаимодействовать с карбонатом кальция и переводить его в растворимый гидрокарбонат кальция. Такая реакция постоянно происходит в природных водах, соприкасающихся с почвами, содержащими в себе много известняков.

В крови, которая более чем на 90% состоит из воды, угольная кислота ведет себя точно так же, как и в любом водном растворе, а поэтому все приведенные выше рассуждения о соотношении различных форм этой кислоты применимы и для крови. Кстати сказать, в физиологии также принято считать, что весь растворившийся в крови углекислый газ существует в ней в виде угольной кислоты и поэтому константу диссоциации принимают не истинную, а кажущуюся.

Здесь следует заметить, что общее количество углекислого газа, переносимого кровью, бывает намного больше того, которое растворяется в крови. Примерно 10% углекислого газа транспортируется в виде карбогемоглобина (его соединение с гемоглобином), примерно 3% в растворенном виде, а большая часть — в виде гидрокарбонатов. Угольная кислота, образующаяся в крови при растворении в ней углекислого газа, — очень слабая кислота, но в какой-то мере она все же подкисливает кровь. Постепенно в процессе эволюции человеческий организм приспособился к определенной реакции крови, которую можно принять за оптимальную. При такой реакции крови должны нормально функционировать все системы организма, а также должен нормально идти весь процесс обмена веществ в нем. Но если по какой-то причине реакция крови изменится не в лучшую сторону и организм не сможет самостоятельно вернуться к оптимальной реакции, то при этом нарушится процесс обмена веществ в организме и возникнут, как об этом и говорит нам автор метода ВЛГД, многие болезни. И здесь нам предлагают предпринять самое простое действие по исправлению такого неблагоприятного положения — задержать волевыми усилиями углекислый газ в организме и повысить, таким образом, его концентрацию в крови. И повысить тем самым подкисление крови. Сам организм этого сделать не может, так как дыхательный центр подает команду только по верхнему уровню углекислого газа в крови, а по нижнему такая команда не предусмотрена, так как в процессе жизнедеятельности организма в нем постоянно образуется этот газ и требуется только своевременно выбрасывать его, но никак не накапливать.

Итак, нам постепенно становится ясно, что по какой-то причине реакция крови у людей изменяется не в лучшую сторону, в результате чего и возникают всевозможные заболевания. И если в этот момент (в момент, когда мы имеем одно или несколько заболеваний) нам удастся задержать какую-то часть углекислого газа в организме и тем самым дополнительно подкислить кровь, то в результате этого действия наступает выздоровление. И хотя в данном случае мы наблюдаем прямую связь между повышением концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе и последующим выздоровлением, но все же должны признать, что не углекислый газ сам по себе оказывает решающее влияние на все жизненные функции организма, как об этом говорит нам автор метода ВЛГД. Решающую роль для нормального функционирования и организма в целом, и всех его клеток в отдельности играет концентрация ионов водорода в крови. А концентрация ионов водорода в крови определяет реакцию крови. Но каким способом будет достигнута необходимая концентрация ионов водорода в крови — по сути не имеет значения. И углекислый газ в таком случае, а точнее, углекислота, создаваемая этим газом при его растворении в крови, может находиться в одном ряду со всеми другими кислотами, которые также могут повысить концентрацию ионов водорода в крови.

Здесь нам, по-видимому, следует сделать небольшое отступление и вспомнить, что мы называем кислотой, и что щелочью, и какой величиной мы измеряем кислотность или же щелочность растворов. Все это вроде бы скучные вещи, но, поверьте мне, их интересно знать, да я и не собираюсь долго занимать внимание читателей этими химическими понятиями — попытаюсь ограничиться только самой сутью их.

Кислотой мы можем называть любое вещество, способное отдавать в раствор ионы водорода. И если мы пьем кислое вино, то могли бы знать, что кислые свойства ему придают только ионы водорода. А ионы водорода вину дают кислоты, растворенные в нем. И нам чаще всего не столь важно знать какие это" кислоты — нас больше интересует насколько кислое вино, можно ли его вообще пить. В более кислом вине и более высокая концентрация ионов водорода. Поэтому и кислотность растворов характеризуется концентрацией ионов водорода (Н⁺). Чем больше концентрация этих ионов — тем выше кислотность раствора.

Такое же простое определение как и кислотам можно дать и щелочам — это вещества, могущие связывать ионы водорода, имеющиеся в растворах, вследствие чего в растворах увеличивается концентрация ионов ОН". Последние делают растворы скользкими на ощупь и придают им горький вкус.

Но для характеристики реакции растворов используют не абсолютное число ионов водорода, так как в этом случае нам пришлось бы столкнуться с определенной проблемой — с огромными цифрами, с которыми трудно работать, а некоторый символ — рН.

Датский химик Сёренсон еще в 1909 году предложил очень простой способ оценки качества растворов в зависимости от концентрации в них ионов водорода — по некоей величине рН, которая определяется уравнением:

pН - -1од10НЧ

Буква р — это начальная буква от датского слова ро! еп7 (степень), а буква Н — это символ водорода.

Поскольку в нейтральном растворе при 25°С концентрация ионов водорода Н⁺ — ТО" ⁷ моль/л, то для такого раствора pН—log1010-7--(-7)-7.

И поэтому, когда мы говорим, что рН какого-то раствора равен 7, то легко понимаем, что речь идет о нейтральном растворе. А если концентрация ионов водорода в растворе возрастает, например, до величины 1, 0 10" ⁴ моль/л, то рН такого раствора будет равен 4. Это кислый раствор. А если концентрация ионов водорода понизится по сравнению с нейтральным раствором до величины, например, 1, 0 10" моль/л, то рН такого раствора будет равен 9. Это щелочной раствор, в нем преобладают ионы ОН.

Как видите, величиной рН очень просто пользоваться: в кислых растворах рН меньше 7 (рН < 7), а в щелочных растворах рН больше 7 (рН > 7).

Повторно скажу, что величина рН — это не концентрация ионов водорода, а всего лишь некоторый символ, который принято называть водородным показателем.

Водородный показатель дает нам характеристику раствора (кислый, нейтральный или щелочной раствор), а также дает удобную для пользования шкалу кислотности или щелочности растворов. Но по величине рН мы можем определить и истинную концентрацию ионов водорода в растворе.

Концентрация ионов Н⁺ и ОН" в растворах взаимосвязаны: когда концентрация ионов водорода возрастает, то концентрация гидроксид-ионов понижается. В кислом растворе концентрация ионов водорода всегда больше, чем концентрация ионов ОН". В щелочном растворе, например, в растворе МаОН, наоборот, концентрация ионов ОН" выше концентрации ионов Н⁺.

Нас в дальнейшем будет интересовать не истинная концентрация ионов водорода в крови, а рН крови (реакция крови). А по реакции крови мы всегда сможем судить и о концентрации ионов водорода, и об их соотношении с ионами ОН".