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Comment l'eau amortit-elle une chute soudaine de température ?


Une propriété de l'eau est qu'elle est lente à chauffer et à refroidir. Selon mon livre de biologie, une partie de l'énergie provenant d'une augmentation de la température serait dépensée pour briser les liaisons hydrogène, de sorte que la température n'augmente pas trop vite - aidant une cellule à maintenir l'homéostasie.

Autant que je sache, cette réponse n'explique pas comment une baisse de température serait ralentie par l'eau dans une cellule. Comment l'eau ralentit-elle la perte de chaleur ? Est-ce simplement parce qu'il est difficile pour la chaleur qui est déjà à l'intérieur de la cellule de sortir ?


Du point de vue purement biophysique, la question

« Pourquoi l'eau tamponne-t-elle les changements soudains de température ? » peut être répondu de la manière suivante :

L'eau a une capacité thermique spécifique relativement élevée. C'est la mesure de l'énergie nécessaire pour élever la température d'un kilogramme d'une substance d'un kelvin sans qu'un changement d'état se produise. « relativement élevé » signifie que l'eau peut absorber plus d'énergie sans augmentation notable (pour la cellule) de température.

Voici quelques valeurs de capacité calorifique tirées de l'article Wikipédia ci-dessus :

Tissu animal (y compris humain) 3500 Jkg-1
Eau à 25 °C liquide 4181.3 Jkg-1
Méthanol liquide 2597 Jkg-1
Ethanol liquide 2440 Jkg-1
Cire de paraffine solide 2500 Jkg-1
Graphite solide 710 Jkg-1

L'eau a une conductivité thermique relativement élevée. Cela signifie que le la chaleur absorbée est rapidement répartie sur tout le volume de la cellule, en nivelant vers le bas la température focale augmente dans la cellule. Voici à nouveau quelques valeurs à titre de comparaison :

L'eau 0.6 hm-1K-1
Bois 0,2 Wm-1K-1
Papier 0,05 Wm-1K-1
Glycérol 0,3 Wm-1K-1

Les questions de suivi :

« Pourquoi l'eau a-t-elle une capacité calorifique relativement élevée ? » et « Pourquoi l'eau a-t-elle des conductances thermiques relativement élevées ? » n'entrent pas dans le cadre de ce site. Cependant, voici exactement votre explication avec les liaisons hydrogène en jeu (de Wikipedia):

Les molécules polaires contenant de l'hydrogène comme l'éthanol, l'ammoniac et l'eau ont de puissantes liaisons hydrogène intermoléculaires lorsqu'elles sont dans leur phase liquide. Ces liaisons fournissent un autre endroit où la chaleur peut être stockée sous forme d'énergie potentielle de vibration, même à des températures relativement basses. Les liaisons hydrogène expliquent le fait que l'eau liquide stocke presque la limite théorique de 3 R par mole d'atomes, même à des températures relativement basses (c'est-à-dire près du point de congélation de l'eau).


Il y a deux termes clés associés aux tampons. UNE amortir est une solution aqueuse qui a un pH très stable. UNE agent tampon est un acide faible ou une base faible qui aide à maintenir le pH d'une solution aqueuse après l'ajout d'un autre acide ou base. Si vous ajoutez un acide ou une base à une solution tamponnée, son pH ne changera pas de manière significative. De même, ajouter de l'eau à un tampon ou laisser l'eau s'évaporer ne changera pas le pH d'un tampon.

Un tampon est fabriqué en mélangeant un grand volume d'un acide faible ou d'une base faible avec son conjugué. Un acide faible et sa base conjuguée peuvent rester en solution sans se neutraliser. Il en est de même pour une base faible et son acide conjugué.


États de l'eau : gaz, liquide et solide

La formation de liaisons hydrogène est une qualité importante de l'eau liquide qui est cruciale pour la vie telle que nous la connaissons. Comme les molécules d'eau établissent des liaisons hydrogène les unes avec les autres, l'eau acquiert des caractéristiques chimiques uniques par rapport aux autres liquides et, comme les êtres vivants ont une teneur élevée en eau, la compréhension de ces caractéristiques chimiques est essentielle pour comprendre la vie. Dans l'eau liquide, des liaisons hydrogène sont constamment formées et rompues lorsque les molécules d'eau glissent les unes sur les autres. La rupture de ces liaisons est provoquée par le mouvement (énergie cinétique) des molécules d'eau dû à la chaleur contenue dans le système. Lorsque la chaleur augmente lorsque l'eau est bouillie, l'énergie cinétique plus élevée des molécules d'eau provoque la rupture complète des liaisons hydrogène et permet aux molécules d'eau de s'échapper dans l'air sous forme de gaz (vapeur ou vapeur d'eau). D'autre part, lorsque la température de l'eau diminue et que l'eau gèle, les molécules d'eau forment une structure cristalline maintenue par des liaisons hydrogène (il n'y a pas assez d'énergie pour rompre les liaisons hydrogène) qui rend la glace moins dense que l'eau liquide, un phénomène pas vu dans la solidification d'autres liquides.

La densité plus faible de l'eau sous sa forme solide est due à la façon dont les liaisons hydrogène sont orientées lorsqu'elle gèle : les molécules d'eau sont éloignées les unes des autres par rapport à l'eau liquide. Avec la plupart des autres liquides, la solidification lorsque la température baisse comprend l'abaissement de l'énergie cinétique entre les molécules, leur permettant de se tasser encore plus étroitement que sous forme liquide et donnant au solide une densité plus élevée que le liquide.

La densité inférieure de la glace, illustrée et représentée sur la figure, une anomalie, la fait flotter à la surface de l'eau liquide, comme dans un iceberg ou dans les glaçons d'un verre d'eau glacée. Dans les lacs et les étangs, de la glace se formera à la surface de l'eau, créant une barrière isolante qui protège les animaux et la flore de l'étang du gel. Sans cette couche de glace isolante, les plantes et les animaux vivant dans l'étang gèleraient dans le bloc de glace solide et ne pourraient pas survivre. L'effet néfaste du gel sur les organismes vivants est causé par l'expansion de la glace par rapport à l'eau liquide. Les cristaux de glace qui se forment lors de la congélation rompent les membranes délicates essentielles au fonctionnement des cellules vivantes, les endommageant de manière irréversible. Les cellules ne peuvent survivre à la congélation que si l'eau qu'elles contiennent est temporairement remplacée par un autre liquide comme le glycérol.

La liaison hydrogène rend la glace moins dense que l'eau liquide. La (a) structure en treillis de la glace la rend moins dense que les molécules d'eau liquide qui s'écoulent librement, ce qui lui permet (b) de flotter sur l'eau. (crédit a : modification du travail de Jane Whitney, image créée à l'aide du logiciel Visual Molecular Dynamics (VMD) 1 crédit b : modification du travail de Carlos Ponte)

Lien vers l'apprentissage

Cliquez ici pour voir une animation 3D de la structure d'un réseau de glace. (Crédit image : Jane Whitney. Image créée à l'aide du logiciel Visual Molecular Dynamics VMD. 2)


Pourquoi les lacs se stratifient-ils ?

L'eau est unique dans la façon dont elle change de densité à différentes températures. Contrairement à presque tous les autres liquides, l'eau est plus dense à 39 degrés Fahrenheit (4 degrés Celsius) et est plus légère à des températures plus chaudes et plus froides. En d'autres termes, lorsque l'eau atteint la température critique de 39 degrés Fahrenheit, un refroidissement supplémentaire rend les molécules d'eau moins denses et remontent à la surface. Cette caractéristique inhabituelle permet à l'eau de former des couches distinctes dans un liquide autrement uniforme. Ce phénomène explique pourquoi la glace se forme à la surface et ne coule pas.

Il existe deux façons de visualiser ce phénomène. D'abord, pensez à plonger dans un lac en été. La couche supérieure d'eau est très chaude. Lorsque vous nagez plus profondément, vous ressentez souvent une chute de température distincte et soudaine.

Imaginez maintenant que c'est l'hiver et que le lac est gelé. La glace solide flotte et reste au-dessus du lac car elle est moins dense que l'eau liquide, bien que la glace soit plus froide que l'eau sur laquelle elle flotte. Le temps maintient l'eau fraîche près de la surface, la rendant moins dense que l'eau plus chaude au fond du lac. La glace agit également comme une couverture isolante, empêchant les lacs plus profonds de geler complètement.

Alors que l'hiver s'installe, de la glace commence à se former à la surface du lac Mendota à l'Université du Wisconsin le 4 janvier 2013. (Photo de Bryce Richter / UW-Madison)


AS Biology Paper 1 mai 2018

Lorsque deux femelles D. Willistoni étaient ensemble, leurs chants n'ont conduit à aucune tentative d'accouplement.

L'ARNm n'a pas de site de liaison aux acides aminés. l'ARNt fait

L'ARNm a plus de nucléotides

Différents ARNm ont des longueurs différentes, tous les ARNt sont similaires/de même longueur

Ribosme se déplace pour trouver le codon de départ

L'ARNt porte un acide aminé spécifique

anticodon sur l'ARNt complémentaire du codon sur l'ARNm

le ribosome passe au codon suivant

La taille des populations de bactéries intestinales normales est généralement contrôlée par les cellules T qui sont produites lentement et en petit nombre par le système immunitaire. Ces cellules T ne survivent normalement pas très longtemps. En conséquence, ils ne libèrent pas de grandes quantités de cytokines. Les cytokines sont des produits chimiques qui peuvent provoquer un gonflement de la muqueuse intestinale.

La maladie de Crohn est une maladie de longue durée qui provoque un gonflement de la muqueuse
les intestins. On pense que la maladie de Crohn peut être causée par une perte de tolérance aux bactéries intestinales normales, comme le montre une
réponse des cellules T. Cette réponse peut être déclenchée par des bactéries pathogènes dans
les intestins des personnes ayant une tendance génétique à la maladie de Crohn.

La maladie de Crohn de certaines personnes peut être contrôlée par un médicament appelé
Acide 5-aminosalicylique (5-ASA) qui réduit l'enflure. Un autre médicament appelé 6-mercaptopurine (6-MP) peut également être utilisé. 6-MP inhibe une enzyme requise
faire de l'adénine et de la guanine. Ceci est efficace car la plupart des cellules peuvent recycler les nucléotides, mais les cellules T ne sont pas capables de le faire.


Réponse libre

Décrivez comment les mécanismes du corps maintiennent l'homéostasie ?

Le corps possède un capteur qui détecte un écart de l'état des cellules ou du corps par rapport au point de consigne. L'information est relayée à un centre de contrôle, généralement le cerveau, où les signaux vont aux effecteurs. Ces effecteurs provoquent une réponse de rétroaction négative qui déplace l'état du corps dans une direction vers le point de consigne.

Pourquoi l'excrétion est-elle importante pour atteindre l'équilibre osmotique ?

L'excrétion permet à un organisme de se débarrasser des molécules de déchets qui pourraient être toxiques si elles s'accumulaient. Il permet également à l'organisme de maintenir en équilibre la quantité d'eau et de solutés dissous.


Alcalinité et eau

L'alcalinité n'est pas un produit chimique dans l'eau, mais plutôt une propriété de l'eau qui dépend de la présence de certains produits chimiques dans l'eau, tels que les bicarbonates, les carbonates et les hydroxydes. Une définition de l'alcalinité serait alors « la capacité tampon d'une masse d'eau, une mesure de la capacité de la masse d'eau à neutraliser les acides et les bases et à maintenir ainsi une niveau de pH". En termes plus simples, l'eau avec une alcalinité élevée subira moins de changement dans sa propre acidité, par exemple, lorsque l'eau acide, telle que pluie acide ou un déversement d'acide, est introduit dans le plan d'eau.

Vous pouvez utiliser cette analogie : vous et votre ami êtes dans de petites chaloupes séparées dans un lac. Les deux chaloupes développent une fuite, ce qui ne vous inquiète pas, car vous avez tous les deux été assez sages pour apporter un seau à écope à bord juste pour cette éventualité. Sauf que votre ami a attrapé un seau de la taille d'un gallon alors que tout ce que vous avez est un seau plus petit de la taille d'une pinte. Vous commencez tous les deux à vider l'eau de votre bateau, mais après un certain temps, les pieds de votre ami sont à peine mouillés alors que l'intérieur de votre bateau a de l'eau jusqu'aux genoux. Votre ami peut évacuer l'eau entrante aussi vite qu'elle arrive, mais vous ne pouvez pas suivre. Votre ami a une meilleure "capacité tampon" que vous et peut neutraliser davantage l'eau entrante. Dans cette analogie, son bateau aurait une alcalinité plus élevée que votre bateau.

Pourquoi l'alcalinité est importante

Bien que vous n'entendiez pas souvent parler de l'alcalinité de votre lac préféré dans les nouvelles, l'alcalinité peut être importante pour la santé et le bien-être d'un lac. L'écosystème et les organismes qui vivent dans le lac ont évolué dans des plans d'eau qui n'ont pas changé rapidement. Avant l'arrivée des humains, les plans d'eau n'étaient pas soumis aux déversements de produits chimiques et aux pluies acides. Le pH et les caractéristiques aquatiques d'un lac n'ont probablement pas beaucoup changé à court terme, ce qui convenait parfaitement aux poissons du lac.

Dans les temps modernes, les plans d'eau peuvent être soumis à des apports soudains de produits chimiques, tels que ceux contenus dans les pluies acides et les eaux usées, qui peut provoquer des changements rapides dans l'équilibre acido-basique d'un lac, en abaissant le pH de l'eau du lac, par exemple. Un changement soudain de pH n'est pas sain pour les poissons et les organismes vivant dans l'eau. Les organismes aquatiques bénéficient de valeurs de pH stables et les eaux à haute alcalinité sont mieux à même de maintenir un pH assez constant.

Qu'est-ce qui affecte l'alcalinité?

Dans un plan d'eau de surface, comme un lac, l'alcalinité de l'eau provient principalement des roches et des terres entourant le lac. Les précipitations tombent dans le bassin versant entourant le lac et la majeure partie de l'eau entrant dans le lac provient de ruissellement sur le paysage. Si le paysage se trouve dans une zone contenant des roches telles que du calcaire, le ruissellement absorbe des produits chimiques tels que carbonate de calcium (CaCO3), ce qui augmente le pH et l'alcalinité de l'eau. Dans les zones où la géologie contient de grandes quantités de granit, par exemple, les lacs auront une alcalinité plus faible. Mais, un étang dans une zone suburbaine, même dans une zone à forte teneur en granit, pourrait avoir une alcalinité élevée en raison du ruissellement des pelouses domestiques où du calcaire a été appliqué (utilisé pour augmenter le pH du sol afin de mieux faire pousser les pelouses).

Mesure de l'alcalinité

Mesurer un échantillon d'eau dans un laboratoire pour déterminer l'alcalinité.

Crédit : Joseph Ayotte , USGS

Une méthode courante que l'U.S. Geological Survey (USGS) utilise pour mesurer l'alcalinité consiste à prélever un échantillon d'eau et à y ajouter de l'acide tout en vérifiant le pH de l'eau au fur et à mesure que l'acide est ajouté. Une lecture initiale du pH de l'eau est effectuée, puis de petites quantités d'acide sont ajoutées par incréments, l'eau est agitée et le pH est mesuré. Ceci est fait plusieurs fois. Au début, l'acide ajouté sera neutralisé par les composés présents dans l'eau, tels que les bicarbonates. Au fur et à mesure que plus d'acide est ajouté, les bicarbonates "s'épuisent", car ils sont également neutralisés par l'acide. Finalement, tous les composés neutralisant les acides sont épuisés. Après ce point, tout acide ajouté à l'eau abaissera le pH de manière linéaire, et le scientifique pourra voir ce point de réflexion en visualisant un graphique linéaire de la quantité d'acide ajoutée à l'eau et du pH résultant. Le point auquel le changement de ligne de pH devient linéaire est utilisé pour déterminer l'alcalinité de l'eau.

Sur cette photo, un scientifique de l'USGS effectue un titrage de l'alcalinité pour déterminer l'alcalinité d'un échantillon d'eau. Remarquez le pH-mètre en arrière-plan (lecture 5.477 pour le moment). Le plus gros tube gris entrant dans le bécher est la sonde de pH. Le dispositif noir sur le côté droit pousse une quantité fixe d'acide à travers le tube blanc, qui va dans le côté droit du bécher d'eau. La boîte noire en bas a un aimant qui tourne, qui fait ensuite tourner un petit aimant placé au fond du bécher, ce qui maintient l'échantillon d'eau agité.

Carte de l'alcalinité des eaux de surface aux États-Unis

Voici une carte réalisée par l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis qui montre les valeurs d'alcalinité pour eaux de surface les États Unis. Selon l'EPA, cette carte fournit une illustration générale des tendances nationales de l'alcalinité des eaux de surface aux États-Unis voisins. L'alcalinité est la mesure la plus facilement disponible de la capacité de neutralisation de l'acidité des eaux de surface et fournit une estimation raisonnable de la sensibilité potentielle relative des lacs et des cours d'eau aux dépôts acides. Bien que la sensibilité réelle d'un plan d'eau dépende de nombreuses caractéristiques et processus du bassin versant, les zones à faible alcalinité sur la carte indiquent où les eaux de surface sensibles sont les plus susceptibles de se trouver.

Carte de l'alcalinité des eaux de surface aux États-Unis La carte est basée sur les données d'alcalinité d'environ 39 000 sites de lacs et de cours d'eau et sur les associations des valeurs des données avec des facteurs tels que l'utilisation des terres, la physiographie, la géologie et les sols. Les données ont été acquises à partir d'une variété de sources, y compris des agences fédérales et d'État, des chercheurs universitaires. et les sociétés privées. Dans de nombreuses zones représentées par une plage d'alcalinité spécifique, une plage encore plus grande a été observée dans les données sur la qualité de l'eau. L'ombrage sur la carte indique la plage d'alcalinité dans laquelle se situent les valeurs annuelles moyennes de la plupart des eaux de surface de la région.

Crédit : James M. Omernik, Glenn E. Griffith, Jeffrey T. Irish et Colleen B. Johnson


Principe de Le Châtelier

Le principe de Le Châtelier est un concept clé des équilibres chimiques. Selon ce principe, lorsque vous modifiez l'un des facteurs qui représentent un système à l'équilibre, la position d'équilibre se déplace pour contrer ce changement. Une façon de changer les conditions d'une réaction chimique est de changer la température. Si vous appliquez cela à la température de l'eau et à son niveau de pH, l'augmentation de la température de l'eau incite l'équilibre à abaisser à nouveau la température, ce qui implique d'absorber de la chaleur supplémentaire. Cela crée plus d'ions hydrogène et d'ions hydroxyde, qui en retour abaissent le pH de l'eau. Une augmentation de la température de 0 degrés Celsius à 10 degrés Celsius entraîne une baisse de 0,2 du pH. Si vous diminuez la température, c'est l'inverse qui se produira : le niveau de pH augmentera très légèrement.


Contenu

Les solutions tampons résistent au changement de pH en raison d'un équilibre entre l'acide faible HA et sa base conjuguée A − :

Lorsqu'un acide fort est ajouté à un mélange équilibré d'acide faible et de sa base conjuguée, des ions hydrogène (H + ) sont ajoutés et l'équilibre est déplacé vers la gauche, conformément au principe de Le Châtelier. De ce fait, la concentration en ions hydrogène augmente moins que la quantité attendue pour la quantité d'acide fort ajoutée. De même, si un alcali fort est ajouté au mélange, la concentration en ions hydrogène diminue moins que la quantité attendue pour la quantité d'alcali ajoutée. L'effet est illustré par le titrage simulé d'un acide faible avec pKune = 4,7. La concentration relative de l'acide non dissocié est indiquée en bleu et de sa base conjuguée en rouge. Le pH change relativement lentement dans la région tampon, pH = pKune ± 1, centré à pH = 4,7, où [HA] = [A − ]. La concentration en ions hydrogène diminue moins que la quantité attendue car la majeure partie de l'ion hydroxyde ajouté est consommée dans la réaction

et seulement une petite quantité est consommée dans la réaction de neutralisation (qui est la réaction qui entraîne une augmentation du pH)

Une fois que l'acide est déprotoné à plus de 95 %, le pH augmente rapidement car la plus grande partie de l'alcali ajouté est consommée dans la réaction de neutralisation.

Capacité tampon Modifier

La capacité tampon est une mesure quantitative de la résistance au changement de pH d'une solution contenant un agent tampon par rapport à un changement de concentration en acide ou en alcali. Il peut être défini comme suit : [1] [2]

Avec l'une ou l'autre définition, la capacité tampon pour un acide faible HA avec une constante de dissociation Kune peut être exprimé sous la forme [3] [4] [2]

où [H + ] est la concentration en ions hydrogène, et T HA >> est la concentration totale d'acide ajouté. Kw est la constante d'équilibre pour l'auto-ionisation de l'eau, égale à 1,0 × 10 −14 . Notez que dans la solution H + existe comme l'ion hydronium H3O + , et une aquation supplémentaire de l'ion hydronium a un effet négligeable sur l'équilibre de dissociation, sauf à une concentration d'acide très élevée.

Cette équation montre qu'il existe trois régions de capacité tampon élevée (voir figure).

  • Dans la région centrale de la courbe (colorée en vert sur le graphique), le deuxième terme est dominant, et
  • Avec des solutions fortement acides, un pH inférieur à environ 2 (coloré en rouge sur le graphique), le premier terme de l'équation domine et la capacité tampon augmente de façon exponentielle avec la diminution du pH :
  • Avec des solutions fortement alcalines, pH supérieur à environ 12 (coloré en bleu sur le graphique), le troisième terme de l'équation domine et la capacité tampon augmente de façon exponentielle avec l'augmentation du pH :

Le pH d'une solution contenant un agent tampon ne peut varier que dans une plage étroite, indépendamment de ce qui peut être présent dans la solution. Dans les systèmes biologiques, c'est une condition essentielle pour que les enzymes fonctionnent correctement. Par exemple, dans le sang humain, un mélange d'acide carbonique (H
2 CO
3 ) et bicarbonate (HCO −
3 ) est présent dans la fraction plasmatique cela constitue le mécanisme majeur pour maintenir le pH du sang entre 7,35 et 7,45. En dehors de cette plage étroite (7,40 ± 0,05 unité de pH), des conditions métaboliques d'acidose et d'alcalose se développent rapidement, entraînant finalement la mort si la capacité tampon correcte n'est pas rapidement restaurée.

Si la valeur du pH d'une solution augmente ou diminue trop, l'efficacité d'une enzyme diminue dans un processus, connu sous le nom de dénaturation, qui est généralement irréversible. [5] La majorité des échantillons biologiques utilisés dans la recherche sont conservés dans une solution tampon, souvent une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) à pH 7,4.

Dans l'industrie, les agents tampons sont utilisés dans les processus de fermentation et dans la définition des conditions correctes pour les colorants utilisés dans la coloration des tissus. Ils sont également utilisés dans l'analyse chimique [4] et l'étalonnage des pH-mètres.

Agents tampons simples Modifier

Agent tampon pKune Plage de pH utile
Acide citrique 3.13, 4.76, 6.40 2.1–7.4
Acide acétique 4.8 3.8–5.8
KH2Bon de commande4 7.2 6.2–8.2
CHEFS 9.3 8.3–10.3
borate 9.24 8.25–10.25

Pour les tampons dans les régions acides, le pH peut être ajusté à une valeur souhaitée en ajoutant un acide fort tel que l'acide chlorhydrique à l'agent tampon particulier. Pour les tampons alcalins, une base forte telle que l'hydroxyde de sodium peut être ajoutée. En variante, un mélange tampon peut être fabriqué à partir d'un mélange d'un acide et de sa base conjuguée. Par exemple, un tampon acétate peut être fabriqué à partir d'un mélange d'acide acétique et d'acétate de sodium. De même, un tampon alcalin peut être réalisé à partir d'un mélange de la base et de son acide conjugué.

Mélanges tampons "universels" Modifier

En combinant des substances avec pKune des valeurs ne différant que de deux ou moins et en ajustant le pH, une large gamme de tampons peut être obtenue. L'acide citrique est un composant utile d'un mélange tampon car il a trois pKune valeurs séparées par moins de deux. La gamme de tampons peut être étendue en ajoutant d'autres agents tampons. Les mélanges suivants (solutions tampons de McIlvaine) ont une plage tampon de pH 3 à 8. [6]

0,2 M Na2HPO4 (ml) 0,1 M d'acide citrique (mL) pH
20.55 79.45 3.0
38.55 61.45 4.0
51.50 48.50 5.0
63.15 36.85 6.0
82.35 17.65 7.0
97.25 2.75 8.0

Un mélange contenant de l'acide citrique, du phosphate monopotassique, de l'acide borique et de l'acide diéthylbarbiturique peut être préparé pour couvrir la plage de pH de 2,6 à 12. [7]

D'autres tampons universels sont le tampon Carmody [8] et le tampon Britton-Robinson, développé en 1931.

Composés tampons courants utilisés en biologie Modifier

Pour la portée effective, voir Capacité du tampon, ci-dessus.

Nom commun (nom chimique) Structure pKune,
25 °C
Temp. effet,
dpH / jT (K -1 ) [9]
Mol.
poids
ROBINETS,
(acide [tris(hydroxyméthyl)méthylamino]propanesulfonique)
8.43 −0.018 243.3
Bicine,
(acide 2-(bis(2-hydroxyéthyl)amino)acétique)
8.35 −0.018 163.2
Tris,
(tris(hydroxyméthyl)aminométhane, ou
2-amino-2-(hydroxyméthyl)propane-1,3-diol)
8.07 [a] −0.028 121.14
Tricine,
(N-[tris(hydroxyméthyl)méthyl]glycine)
8.05 −0.021 179.2
TAPSO,
(3-[N-tris(hydroxyméthyl)méthylamino]-2-hydroxypropanesulfonique acide)
7.635 259.3
HEPES,
acide (4-(2-hydroxyéthyl)-1-pipérazineéthanesulfonique)
7.48 −0.014 238.3
TES,
acide (2-[[1,3-dihydroxy-2-(hydroxyméthyl)propan-2-yl]amino]éthanesulfonique)
7.40 −0.020 229.20
MOPS,
acide (3-(N-morpholino)propanesulfonique)
7.20 −0.015 209.3
TUYAUX,
(pipérazine-N,N′-bis(acide 2-éthanesulfonique))
6.76 −0.008 302.4
Cacodylate,
(acide diméthylarsenique)
6.27 138.0
MES,
acide (2-(N-morpholino)éthanesulfonique)
6.15 −0.011 195.2

Acides monoprotiques Modifier

Écrivez d'abord l'expression d'équilibre

Cela montre que lorsque l'acide se dissocie, des quantités égales d'ion hydrogène et d'anion sont produites. Les concentrations à l'équilibre de ces trois composants peuvent être calculées dans un tableau ICE (ICE pour « initial, change, equilibre »).

Table ICE pour un acide monoprotique
[HA] [A − ] [H + ]
je C0 0 oui
C X X X
E C0X X X + oui

La première ligne, étiquetée je, liste les conditions initiales : la concentration en acide est C0, initialement non dissocié, donc les concentrations de A − et H + seraient nulles oui est la concentration initiale de ajoutée acide fort, tel que l'acide chlorhydrique. Si un alcali fort, tel que l'hydroxyde de sodium, est ajouté, alors oui aura un signe négatif car l'alcali élimine les ions hydrogène de la solution. La deuxième ligne, étiquetée C pour "changement", spécifie les changements qui se produisent lorsque l'acide se dissocie. La concentration en acide diminue d'une quantité −X, et les concentrations de A − et H + augmentent toutes les deux d'une quantité +X. Cela découle de l'expression d'équilibre. La troisième rangée, étiquetée E pour "équilibre", additionne les deux premières lignes et montre les concentrations à l'équilibre.

Trouver X, utilisez la formule de la constante d'équilibre en termes de concentrations :

Remplacez les concentrations par les valeurs trouvées dans la dernière ligne du tableau ICE :

Avec des valeurs spécifiques pour C0, Kune et oui, cette équation peut être résolue pour X. En supposant que pH = −log10[H + ], le pH peut être calculé comme pH = −log10(X + oui).

Acides polyprotiques Modifier

Les acides polyprotiques sont des acides qui peuvent perdre plus d'un proton. La constante de dissociation du premier proton peut être notée comme Ka1, et les constantes de dissociation des protons successifs comme Ka2, etc. L'acide citrique est un exemple d'acide polyprotique H3A, car il peut perdre trois protons.

Constantes de dissociation pas à pas
Équilibre Acide citrique
H3A H2A − + H + pKa1 = 3.13
H2A − ⇌ HA 2− + H + pKa2 = 4.76
HA 2− ⇌ A 3− + H + pKa3 = 6.40

Lorsque la différence entre les p successifsKune valeurs est inférieure à environ 3, il y a chevauchement entre la plage de pH d'existence de l'espèce à l'équilibre. Plus la différence est petite, plus le chevauchement est important. Dans le cas de l'acide citrique, le chevauchement est important et les solutions d'acide citrique sont tamponnées sur toute la plage de pH 2,5 à 7,5.

Le calcul du pH avec un acide polyprotique nécessite la réalisation d'un calcul de spéciation. Dans le cas de l'acide citrique, il s'agit de résoudre les deux équations du bilan massique :

CUNE est la concentration analytique de l'acide, CH est la concentration analytique des ions hydrogène ajoutés, ??q sont les constantes d'association cumulées. Kw est la constante d'auto-ionisation de l'eau. Il existe deux équations simultanées non linéaires à deux inconnues [A 3− ] et [H + ]. De nombreux programmes informatiques sont disponibles pour effectuer ce calcul. Le diagramme de spéciation de l'acide citrique a été réalisé avec le programme HySS. [dix]

N.B. La numérotation des constantes globales cumulatives est l'inverse de la numérotation des constantes de dissociation pas à pas.

Relation entre les valeurs de constante d'association cumulative (β)
et des valeurs de constante de dissociation (K) par étapes pour un acide tribasique.

Équilibre Relation amoureuse
A 3− + H + AH 2+ Connectez-vous1= pka3
A 3− + 2H + AH2 + Connectez-vous2 =pka2 + paqueta3
A 3− + 3H + AH3 Connectez-vous3 = pka1 + paqueta2 + paqueta3

Les constantes d'association cumulatives sont utilisées dans des programmes informatiques à usage général tels que celui utilisé pour obtenir le diagramme de spéciation ci-dessus.


Votre peau, rendue humide par ses glandes sudoripares, sert d'échangeur de chaleur. Le refroidissement par évaporation se produit parce que les molécules d'eau les plus rapides (plus chaudes) s'échappent sous forme de vapeur, laissant derrière elles les molécules les plus lentes (plus froides). La chaleur entraînant la vapeur est appelée chaleur de vaporisation. C'est pourquoi une boisson chaude ou un bol de soupe refroidit, la vapeur qui s'en échappe vole la chaleur. Le flux d'air à travers la peau augmente cet effet. C'est pourquoi, lorsque vous êtes mouillé de sueur, des ventilateurs ou une brise vous aident à vous rafraîchir plus rapidement.

La température normale du corps humain est de 98,6 degrés Fahrenheit, mais les gens survivent lorsque la température de l'air ambiant est plus élevée. Les températures de l'air dans les déserts peuvent atteindre plus de 120 degrés Fahrenheit, et la lumière du soleil ajoute à la chaleur absorbée par le corps. Dans ces conditions, des vêtements amples et gonflés permettant à l'air de circuler pour aider à évaporer la transpiration sont la norme. Dans des conditions de stress thermique ou d'effort intense, le corps peut avoir besoin de jusqu'à 10 litres d'eau par jour pour maintenir une hydratation saine.


Cryo-EM Partie A Préparation d'échantillons et collecte de données

Richard K. Hite , . Thomas Walz , dans Méthodes en Enzymologie , 2010

4.2 Vitrification

Dans la vitrification, les cristaux sont adsorbés sur une grille EM revêtue de carbone, tamponnés et congelés rapidement dans de l'éthane liquide, qui incruste les cristaux dans une couche de glace vitrifiée (Adrian et al., 1984 Dubochet et al., 1988 ). La préparation d'échantillons vitrifiés était un art, mais a été rendue beaucoup plus facile et plus reproductible avec l'introduction d'instruments de congélation par plongée semi-automatiques disponibles dans le commerce tels que FEI Vitrobot et Gatan Cryoplunge. La vitrification est une méthode de préparation d'échantillons très douce qui génère peu de contraintes sur les cristaux. D'autre part, les cristaux 2D vitrifiés ont tendance à ne pas être très plats, ce qui pose des problèmes pour la collecte de données à partir de spécimens très inclinés, ce qui peut être la raison pour laquelle une seule structure atomique a été déterminée à ce jour à l'aide de cristaux 2D vitrifiés ( Ren et al., 2001 ).