Вплив кислотно-основного стану на розвиток збудників інфекційних хвороб

Кислотно-основний стан внутрішніх середовищ організму визначає в деяких випадках сприй­нятливість організму до інфекційних захворювань. Особливо показовий у цьому плані приклад із холерою.

Збудники холери — холерні вібріони — належать до групи «луголюбивих» мікробів (галофілів). Оптимум рН для їх розмноження становить 7,6—9,2. Кислоти, навіть у розбавлянні 1:10 000, згубні для вібріонів, інакше кажучи, холерний вібріон має виняткову чутливість до кислот. Як відомо, зараження холерою відбувається зазвичай при вживанні води, що містить холерні вібріо­ни. Людина з нормальною кислотоутворювальною функцією шлунка практично не може заразити­ся холерою, навіть знаходячись в осередку інфекції. Розвитку холери сприяють такі чинники:

1) різке зниження і навіть відсутність кислотності в шлунковому вмісті (при деяких хворобах шлунка, різних стресах, у тому числі перегріванні, психічній перевтомі);

2)характер їжі; особливо «несприятлива» в цьому сенсі білкова їжа, що є потужним буфером;

3) звичка запивати їжу водою, особливо мінеральними лужними водами (типу боржомі), які «розбавляють» шлунковий сік і навіть нейтралізують його.

Найсприятливішими для тривалого виживання й розмноження холерних вібріонів є водойми з високим ступенем фекального забруднення, води яких більш лужні. Мають значення і структури грунтів водойм.

Хвороботворна дія холерних мікробів полягає в порушенні активного перенесення йонів Na в клітинах слизової оболонки кишок. Унаслідок цього різко сповільнюється або вимикається реаб­сорбція Натрію (з порожнини кишки в кров), порушується ізотонія і відбуваються стрімкі втрати йонів Na⁺, К⁺, НСО₃^-, Сl^-. За ними в просвіт кишок спрямовується вода — до 1 л за годину. Най­тяжчі й небезпечні для життя явища при холері зумовлені розвитком некомпенсованого мета­болічного ацидозу й зневоднення. Хворі гинуть, коли зрушення водно-електролітного й кислот­но-основного стану досягають несумісних із життям показників, які неможливо подолати сучасни­ми ліками. Усе наведене про умови, що сприяють розвитку холери, значною мірою справедливе і для інших гострих кишкових інфекцій, зокрема дизентерії.

Теорії кислот і основ

Йонна теорія С. Арреніуса. Згідно з теорією електролітичної дисоціації, загальні властивості кислот зумовлені наявністю в розчинах гідроген-іонів, а основ — гідрок-сидіонів.

Кислота — це речовина, яка при дисоціації відщеплює катіони Н ⁺:

Основа — це речовина, яка при дисоціації відщеплює гідроксид-іони ОН^-:

Для кількісного оцінювання процесу дисоціації кислот використовують констан­ти йонізації K д або константи кислотності К_а (індекс «а» від англ. acid — кисло­та), які за значеннями збігаються.

Чим сильнішою є кислота, тим більше значення константи її дисоціації. Однак для зручності в хімії часто використовують p -функцію, тобто рК_а, яку визначають як від'ємний десятковий логарифм константи дисоціації:

Для слабких кислот рК_а є додатною величиною. Якщо, наприклад, рK_а ацетатної кислоти становить 4,75, а ціанідної 9,19, то перша кислота сильніша за другу.

Константу дисоціації основ також позначають К_Д, або К_b, (індекс «b» від англ. ba­se — основа). Сила основ зростає зі збільшенням величини К_b, і зменшується в разі зростання її від'ємного логарифма рК_b, оскільки

Гідроксиди лужних металів (луги) є сильними основами, лужноземельні метали утворюють основи середньої сили, гідроксиди перехідних металів належать до слаб­ких основ.

Протонна теорія кислот і основ. Теорія кислот і основ С. Арреніуса обмежуєть­ся застосуванням її для водних розчинів, проте хімічні реакції відбуваються і в невод­них розчинниках (амоніак, ацетатна кислота тощо). Й. Бренстед і Т. Лоурі запропону­вали протонну теорію, яка пояснює кислотно-основні властивості речовин за відно­шенням їх до протона.

Кислота — це молекула, катіон, аніон, який може відщеплювати катіони Н⁺ (тоб­то є донором протонів Гідрогену). Чим легше відщеплюється протон, тим сильніша кислота:

Основа — це молекула або аніон, який може приєднувати катіони Н⁺ (тобто є ак­цептором протонів Гідрогену). Чим легше приєднується протон, тим сильнішою є основа:

Результатом кислотно-основної взаємодії є утворення нової кислоти і нової основи, наприклад:

Сумарно цей процес можна зобразити так:

У загальному вигляді взаємодію між кислотою й основою виражають таким рівнянням:

тобто кислота (1) перетворюється на основу (1), а основа (2) — на кислоту (2). Ці пари кислота — основа називають спряженими, або поєднаними, парами.

Чим сильніша кислота, тим слабша її спряжена основа.

Кислоти й основи за цією теорією називають протолітами, а реакції, що відбува­ються з перенесенням протонів, — протолітичними.

Речовини, що виявляють двоїсті властивості, тобто можуть і відщеплювати, і приєднувати протони, належать до амфолітів. Це, наприклад, вода Н₂О, йони НСО^-, HS^-, HPO₄^2- та ін.:

 

 

ІІротолітичні реакції є оборотними і характеризуються константами рівноваги, які називають константами кислотності К_а або константами основності К_b.

Прологарифмувавши цей вираз і помноживши його на -1, дістанемо:

Константи кислотності та основності, як і концентрації йонів Н⁺ і ОН^-, пов'язані між собою співвідношенням

 

Слід зазначити, що протолітичні реакції відбуваються в напрямку утворення слабкіших протолітів, наприклад, рівновага реакції NH₃+H₃O⁺ NH₄⁺ + Н₂O зміщена праворуч, оскільки в результаті реакції утворюється слабкий електроліт — вода. У реакції F^- + Н₂О HF + ОН^- рівновага практично повністю зміщена ліво­руч, оскільки вода є слабшим електролітом, ніж фторидна кислота.

Отже, протонна теорія є сучаснішою теорією кислот і основ, яка має широке за­стосування в хімії. На основі цієї теорії вдалося пояснити й систематизувати багато хімічних процесів, зокрема реакції нейтралізації та гідролізу солей.

Теорії С. Арреніуса та Бренстеда—Лоурі — не єдині теорії кислот і основ. Є ще електронна теорія кислот і основ, яку сформулював американський фізико-хімік Г. Льюїс у 1926 р. на основі електронної будови молекул. Однак у цьому розділі ми її не розглядатимемо.