في ظل الظروف العادية ، يتنفس الشخص الهواء العادي ، الذي له تركيبة ثابتة نسبيًا (الجدول 1). يحتوي هواء الزفير دائمًا على كمية أقل من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. أقل أكسجين وأكبر قدر من ثاني أكسيد الكربون في الهواء السنخي. يفسر الاختلاف في تكوين الهواء السنخي والزفير بحقيقة أن الأخير عبارة عن مزيج من هواء الفضاء الميت والهواء السنخي.

الهواء السنخي هو البيئة الغازية الداخلية للجسم. يعتمد تكوين غاز الدم الشرياني على تكوينه. تحافظ الآليات التنظيمية على ثبات تكوين الهواء السنخي. يعتمد تكوين الهواء السنخي أثناء التنفس الهادئ قليلاً على مراحل الشهيق والزفير. على سبيل المثال ، يكون محتوى ثاني أكسيد الكربون في نهاية الاستنشاق أقل بنسبة 0.2-0.3٪ فقط منه في نهاية الزفير ، حيث يتم تجديد 1/7 فقط من الهواء السنخي مع كل نفس. بالإضافة إلى ذلك ، يتدفق باستمرار ، أثناء الاستنشاق والزفير ، مما يساعد على معادلة تكوين الهواء السنخي. مع التنفس العميق ، يزداد اعتماد تكوين الهواء السنخي على الشهيق والزفير.

الجدول 1. تكوين الهواء (٪)

يتم تبادل الغازات في الرئتين نتيجة انتشار الأكسجين من الهواء السنخي إلى الدم (حوالي 500 لتر يوميًا) وثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الهواء السنخي (حوالي 430 لترًا في اليوم). يحدث الانتشار بسبب الاختلاف في الضغط الجزئي لهذه الغازات في الهواء السنخي وتوترها في الدم.

ضغط الغاز الجزئي: المفهوم والصيغة

غاز الضغط الجزئيفي خليط الغازات بما يتناسب مع النسبة المئوية للغاز والضغط الكلي للخليط:

بالنسبة للهواء: P الغلاف الجوي = 760 ملم زئبق. فن.؛ بالأكسجين = 20.95٪.

ذلك يعتمد على طبيعة الغاز. يُؤخذ خليط الغاز بالكامل من الهواء الجوي بنسبة 100٪ ، ويبلغ ضغطه 760 مم زئبق. الفن ، وجزء من الغاز (أكسجين - 20.95٪) يؤخذ على شكل X.ومن ثم فإن الضغط الجزئي للأكسجين في خليط الهواء هو 159 ملم زئبق. فن. عند حساب الضغط الجزئي للغازات في الهواء السنخي يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه مشبع ببخار الماء الذي يبلغ ضغطه 47 مم زئبق. فن. وبالتالي ، فإن ضغط خليط الغاز الذي هو جزء من الهواء السنخي ليس 760 مم زئبق. الفن ، و 760-47 = 713 مم زئبق. فن. يتم أخذ هذا الضغط بنسبة 100٪. من هنا يسهل حساب أن الضغط الجزئي للأكسجين الموجود في الهواء السنخي بمقدار 14.3٪ سيكون مساويًا لـ 102 ملم زئبق. فن.؛ وفقًا لذلك ، يُظهر حساب الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون أنه يساوي 40 ملم زئبق. فن.

الضغط الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء السنخي هو القوة التي تميل بها جزيئات هذه الغازات إلى اختراق الغشاء السنخي في الدم.

انتشار الغازات عبر الحاجز يخضع لقانون فيك ؛ نظرًا لأن سمك الغشاء ومنطقة الانتشار متماثلان ، فإن الانتشار يعتمد على معامل الانتشار وتدرج الضغط:

س الغاز- حجم الغاز الذي يمر عبر الأنسجة لكل وحدة زمنية ؛ س - منطقة الأنسجة معامل انتشار DK للغاز ؛ (ف 1 ، - ف 2) - تدرج الضغط الجزئي للغاز T هي سماكة حاجز الأنسجة.

إذا أخذنا في الاعتبار أنه في الدم السنخي المتدفق إلى الرئتين ، يكون توتر الأكسجين الجزئي 40 ملم زئبق. الفن ، وثاني أكسيد الكربون - 46-48 ملم زئبق. الفن ، إذن يكون تدرج الضغط الذي يحدد انتشار الغازات في الرئتين هو: للأكسجين 102-40 = 62 ملم زئبق. فن.؛ لثاني أكسيد الكربون 40-46 (48) \ u003d ناقص 6 - ناقص 8 مم زئبق. فن. نظرًا لأن معامل الانتشار لثاني أكسيد الكربون أكبر بـ 25 مرة من معامل الأكسجين ، فإن ثاني أكسيد الكربون يترك الشعيرات الدموية بشكل أكثر نشاطًا في الحويصلات الهوائية من الأكسجين في الاتجاه المعاكس.

في الدم ، تكون الغازات في حالة مذابة (حرة) ومرتبطة كيميائياً. يشمل الانتشار جزيئات الغاز المذابة فقط. تعتمد كمية الغاز التي تذوب في السائل على:

• على تكوين السائل.
• حجم وضغط الغاز في السائل ؛
• درجة حرارة السائل
• طبيعة الغاز قيد الدراسة.

كلما زاد ضغط الغاز ودرجة الحرارة ، زاد ذوبان الغاز في السائل. عند ضغط 760 ملم زئبق. فن. ودرجة الحرارة 38 درجة مئوية ، ويذوب 2.2٪ أكسجين و 5.1٪ ثاني أكسيد الكربون في 1 مل من الدم.

يستمر انحلال الغاز في السائل حتى يتم الوصول إلى توازن ديناميكي بين عدد جزيئات الغاز الذائبة والهروب إلى الوسط الغازي. تسمى القوة التي تميل بها جزيئات الغاز المذاب للهروب إلى وسط غازي ضغط الغاز في السائل.وبالتالي ، عند التوازن ، يكون ضغط الغاز مساويًا للضغط الجزئي للغاز في السائل.

إذا كان الضغط الجزئي للغاز أعلى من جهده ، فسيذوب الغاز. إذا كان الضغط الجزئي للغاز أقل من جهده ، فسيخرج الغاز من المحلول إلى الوسط الغازي.

ويرد في الجدول الضغط الجزئي والتوتر للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الرئتين. 2.

الجدول 2. الضغط والتوتر الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الرئتين (بالمليمتر الزئبقي)

يتم توفير انتشار الأكسجين من خلال الاختلاف في الضغط الجزئي في الحويصلات الهوائية والدم ، والذي يساوي 62 ملم زئبق. الفن ، وثاني أكسيد الكربون - هو فقط حوالي 6 ملم زئبق. فن. وقت تدفق الدم عبر الشعيرات الدموية في الدائرة الصغيرة (بمعدل 0.7 ثانية) كافٍ لتحقيق التوازن شبه الكامل للضغط الجزئي وتوتر الغاز: يذوب الأكسجين في الدم ، ويمر ثاني أكسيد الكربون في الهواء السنخي. يتم تفسير انتقال ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء السنخي عند اختلاف ضغط صغير نسبيًا من خلال قدرة الانتشار العالية للرئتين لهذا الغاز.

في الكيمياء ، "الضغط الجزئي" هو الضغط الذي يمارسه مكون واحد من خليط غازي البيئة ، على سبيل المثال ، على قارورة أو أسطوانة أو حدود الغلاف الجوي. يمكنك حساب ضغط كل غاز إذا كنت تعرف كميته وحجمه ودرجة حرارته. ثم يمكنك جمع الضغوط الجزئية وإيجاد الضغط الجزئي الكلي لمزيج من الغازات ، أو إيجاد الضغط الكلي أولاً ثم الضغط الجزئي.

خطوات

الجزء 1

تقبل كل غاز على أنه "مثالي".في الكيمياء ، "الغاز المثالي" هو الذي يتفاعل مع المواد الأخرى دون أن يتلامس معها. يمكن أن تتصادم الجزيئات الفردية مع بعضها البعض وتتنافر مثل كرات البلياردو دون أن تتشوه.

حدد كمية الغازات.الغازات لها كتلة وحجم. يُقاس الحجم عادةً باللتر (لتر) ، ولكن هناك خياران لحساب الكتلة.

فهم قانون دالتون للضغط الجزئي.القانون الذي اكتشفه الكيميائي والفيزيائي جون دالتون ، الذي كان أول من اقترح أن العناصر الكيميائية تتكون من ذرات فردية ، ينص على أن الضغط الكلي لمزيج من الغازات يساوي مجموع ضغوط كل غاز في خليط.

الجزء 2

حساب الضغط الجزئي ثم الكلي

1. حدد معادلة الضغط الجزئي للغازات التي تعمل بها.لأغراض حسابية ، لنأخذ مثالاً: دورق سعة 2 لتر يحتوي على غازين ، نيتروجين (N 2) ، أكسجين (O 2) وثاني أكسيد الكربون ، وثاني أكسيد الكربون (CO 2). كل غاز - 10 جم ، درجة حرارة كل غاز في القارورة 37 درجة مئوية (98.6 فهرنهايت). من الضروري إيجاد الضغط الجزئي لكل غاز والضغط الكلي لمزيج الغازات على الحاوية.

   • ستبدو معادلة الضغط الجزئي كما يلي: P total = P nitrogen + P Ox + P p ثاني أكسيد الكربون.
   • نظرًا لأننا نحاول إيجاد الضغط الذي يمارسه كل غاز ، فإننا نعرف الحجم ودرجة الحرارة ، ويمكننا إيجاد عدد مولات كل غاز بناءً على كتلة المادة ، يمكننا إعادة كتابة المعادلة بالشكل التالي : P total = (nRT / V) نيتروجين + (nRT / V) أكسجين + (nRT / V) ثاني أكسيد الكربون

2. حوّل درجة الحرارة إلى درجات كلفن.درجة الحرارة بالسلزية هي 37 درجة ، فنجمع 273 إلى 37 ونحصل على 310 درجة ك.

   أوجد عدد مولات كل غاز في العينة.عدد مولات الغاز يساوي كتلة الغاز مقسومة على كتلته المولية ، والتي ، كما ذكرنا سابقًا ، تساوي مجموع أوزان جميع الذرات في التركيب.

   • بالنسبة لغازنا الأول ، النيتروجين (N2) ، تحتوي كل ذرة على كتلة ذرية تساوي 14. نظرًا لأن النيتروجين يحتوي على ذرتين (مكونتين من جزيئات ثنائية الذرة) ، يجب علينا ضرب 14 في 2 لإيجاد الكتلة المولية للنيتروجين ، وهي 28. ثم نقسم الكتلة بالجرام ، 10 جم ، على 28 لنحصل على عدد المولات ، والذي يساوي تقريبًا 0.4 مول.
   • الغاز الثاني ، الأكسجين (O 2) ، كتلته 16 لكل ذرة. الأكسجين هو أيضًا غاز ثنائي الذرة ، لذلك نضرب 16 في 2 ونحصل على كتلة مولارية 32. قسمة 10 جم على 32 يعطينا حوالي 0.3 مول من الأكسجين في عينات مخاليط الغازات.
   • يتكون الغاز الثالث ، ثاني أكسيد الكربون (CO 2) ، من 3 ذرات: ذرة كربون واحدة كتلتها الذرية 12 وذرتان من الأكسجين ، كل منهما كتلتها الذرية 16. نضيف الأوزان الثلاثة: 12 + 16 + 16 = 44 هي الكتلة المولية. قسمة 10 جرامات على 44 يعطينا حوالي 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون.

3. أدخل قيم المولات والحجم ودرجة الحرارة.ستبدو معادلتنا على النحو التالي: P total = (0.4 * R * 310/2) نيتروجين + (0.3 * R * 310/2) أكسجين + (0.2 * R * 310/2) ثاني أكسيد الكربون.

   • للتبسيط ، تركنا القيم الحالية لوحدات القياس. ستختفي هذه الوحدات بعد الحساب ، وستبقى فقط تلك التي تشارك في تحديد الضغط.

4. عوّض بقيمة الثابت R.سنعطي ضغوطًا كلية وجزئية في الغلاف الجوي ، لذلك نستخدم قيمة R تبلغ 0.0821 L atm / K mol. بإدخال هذا في المعادلة يعطينا إجمالي P = (0.4 * 0.0821 * 310/2) نيتروجين + (0.3 * 0.0821 * 310/2) أكسجين + (0.2 * 0.0821 * 310/2) ثاني أكسيد الكربون.

5. احسب الضغط الجزئي لكل غاز.الآن جميع القيم في مكانها الصحيح ، حان الوقت للانتقال إلى الحسابات الرياضية.

   • لإيجاد الضغط الجزئي للنيتروجين ، نضرب 0.4 مول في ثابتنا البالغ 0.0821 ودرجة الحرارة 310 درجة كلفن ، ثم نقسم على 2 لتر: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 ضغط جوي تقريبًا.
   • للحصول على الضغط الجزئي للأكسجين ، اضرب 0.3 مول في ثابت 0.0821 ودرجة حرارة 310 درجة كلفن ، ثم اقسم على 2 لتر: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 ضغط جوي تقريبًا.
   • لإيجاد الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون ، اضرب 0.2 مول في ثابت 0.0821 ودرجة حرارة 310 درجة كلفن ، ثم اقسم على 2 لتر: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 ضغط جوي تقريبًا.
   • سنضيف الآن قيم الضغط التي تم الحصول عليها ونجد الضغط الكلي: إجمالي P \ u003d 5.09 + 3.82 + 2.54 ، أو 11.45 ضغط جوي تقريبًا.

الجزء 3

حساب الضغط الكلي ثم الجزئي

1. حدد الضغط الجزئي كما في السابق.مرة أخرى ، خذ كمثال دورق سعة 2 لتر به ثلاثة غازات: النيتروجين (N 2) والأكسجين (O 2) وثاني أكسيد الكربون (CO 2). لدينا 10 جرام من كل غاز ، ودرجة حرارة كل غاز في الدورق 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت).

   • ستكون درجة حرارة كلفن هي نفسها ، 310 درجة ، كما كان من قبل ، سيكون لدينا حوالي 0.4 مول من النيتروجين و 0.3 مول من الأكسجين و 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون.
   • سنشير أيضًا إلى الضغط في الأجواء ، لذلك سنستخدم القيمة 0.0821 l atm / K mol للثابت R.
   • وبالتالي ، تبدو معادلة الضغط الجزئي حاليًا كما كانت من قبل: P total = (0.4 * 0.0821 * 310/2) نيتروجين + (0.3 * 0.0821 * 310/2) أكسجين + (0.2 * 0.0821 * 310/2) ثاني أكسيد الكربون.

الضغوط الجزئية لغازات التنفس

وفقًا لقانون دالتون ، فإن الضغط الجزئي (الجهد) لكل غاز في الخليط (Pr) يتناسب مع حصته من الحجم الإجمالي ، أي كسورها (الاب). عند تطبيق هذا القانون على غازات الجهاز التنفسي ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الهواء الجوي ، مثل خليط الغازات السنخية ، لا يحتوي فقط على O 2 و CO 2 و N 2 والغازات النبيلة ، بل يحتوي أيضًا على بخار الماء الذي له ضغط جزئي معين (ص 2 س). نظرًا لأن كسور الغازات معطاة لخليطها الجاف ، في معادلة قانون دالتون ، يجب طرح ضغط بخار الماء من الضغط الكلي (الضغط الجوي: P atm). ثم يتم تحديد الضغط الجزئي للغاز بالصيغة:

العلاقات العامة \ u003d الاب (R atm - Pn 2 o)

إذا استبدلنا قيم Fr للأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي في معادلة الضغط الجزئي للغازات: 21٪ (0.21) و 0.03٪ (0.0003) وضغط بخار الماء (47 ملم زئبق) ، ثم يمكننا حساب ماذا ضغط جزئيمحدد الغازات في الهواء الجوي فوق مستوى سطح البحر(P atm = 760 مم زئبق) سيكون ، على التوالي ، 150 مم زئبق (20 كيلو باسكال) للأكسجين و 0.2 مم زئبق (0.03 كيلو باسكال) لثاني أكسيد الكربون.

من الصيغة أعلاه ، يتبع ذلك سيصاحب انخفاض الضغط الجوي ، أو انخفاض في المحتوى المحدد للغاز (الأكسجين - FrO 2) في الهواء المستنشق ، انخفاض في الضغط الجزئي لهذا الغاز (الأكسجين - PrO 2) في الهواء المستنشق.

توتر الأكسجين في خليط الغازات السنخيةفي ظل الظروف القياسية ، لا تعتمد التهوية على استهلاكها فحسب ، بل تعتمد أيضًا على إزالة ثاني أكسيد الكربون. وفقًا لذلك ، عند حساب الضغط الجزئي للأكسجين في خليط الغازات السنخية (P · A · O 2) ، يتم إجراء تصحيح لإزالة ثاني أكسيد الكربون المتكون أثناء عملية التمثيل الغذائي. وبالتالي ، فإن صيغة الحساب لتحديد P A O 2 هي كما يلي:

R A O 2 \ u003d PrO 2 - ________ ،

حيث PaCO 2 هو الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني (40 ملم زئبق) ؛

R - المعامل التنفسي الذي يميز نسبة ثاني أكسيد الكربون المنطلق إلى O 2 الممتص (في حالة عدم وجود إجهاد ومع التغذية الطبيعية = 0.8).

باستبدال قيم هذه المؤشرات نجد:

R A O 2 \ u003d 150 - _______ \ u003d 100 مم زئبق (13.3 كيلو باسكال)

يبلغ الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في خليط الغازات السنخية 40 ملم زئبق (5.3 كيلو باسكال). ويترتب على الصيغة أعلاه أن الانخفاض في PrO 2 سيصاحبه انخفاض في R A O 2.

وكما هو معروف، تبادل الغازات في الرئتينيذهب في اتجاه تدرجات الضغط الجزئي على جانبي الغشاء السنخي الشعري (Δ). بالنسبة للأكسجين ، يتوافق هذا التدرج مع الفرق بين P A O 2 وتوتر الأكسجين في الشعيرات الدموية للدم الوريدي (40 ملم زئبق) التي تدخل الرئتين. ومع ذلك ، أثناء مرور الدم عبر الشعيرات الدموية الرئوية (0.3 ثانية) ، يزداد هذا الضغط بسرعة وبعد 0.1 ثانية يكون ≈ 90٪ من الضغط السنخي (G. Tevs ، 2007) ، وفي الـ 0.2 ثانية التالية ، الجهد يتم معادلة الأكسجين في الشعيرات الدموية مع السنخ. لذلك ، يتم تقديم المفهوم يعني الانحدار الضغطبين خليط الغازات السنخية (100 ملم زئبق) ودم الشعيرات الدموية الرئوية (90 ملم زئبق) ، وهو 10 ملم زئبق. فن.

التنافذ

التنافذ- ظاهرة الانتشار الانتقائي لنوع معين من الجسيمات من خلال قسم شبه منفذ. تم وصف هذه الظاهرة لأول مرة من قبل رئيس الدير نول في عام 1748. يمكن أن تصنع الأقسام التي تكون منفذة فقط للماء أو مذيب آخر وغير منفذة للمذابات ، سواء ذات الوزن الجزيئي المنخفض أو الوزن الجزيئي العالي ، من أغشية البوليمر (الكولوديون) أو الرواسب الشبيهة بالهلام ، على سبيل المثال ، فيروسيانيد النحاس ، Cu 2 ؛ يتكون هذا الراسب في مسام قسم المرشح الزجاجي عندما يتم غمر المادة المسامية أولاً في محلول من كبريتات النحاس (CuSO 4 x 5H 2 O) ثم في ملح الدم الأصفر K 2. تنتشر المواد من خلال هذا القسم ، وهي حالة مهمة من حالات التناضح ، مما يجعل من الممكن قياس الضغط الاسموزي ، أي الضغط الاسموزي- مقياس رغبة المذاب بالمرور بسبب الحركة الحرارية في عملية الانتشار من محلول إلى مذيب نقي ؛ موزعة بالتساوي في جميع أنحاء حجم المذيب ، مما يقلل من التركيز الأولي للمحلول.

بسبب الضغط الاسموزي ، تتسبب القوة في ارتفاع السائل ، وهذا الضغط الاسموزي يوازنه الضغط الهيدروستاتيكي. عندما تتساوى سرعات نشر المواد ، يتوقف التناضح.

أنماط:

1. عند درجة حرارة ثابتة ، يتناسب الضغط الأسموزي للمحلول طرديًا مع تركيز المذاب.

2. الضغط الاسموزي يتناسب مع درجة الحرارة المطلقة.

في عام 1886 جي جي فانت هوف أظهر أن حجم الضغط الاسموزي يمكن التعبير عنه من حيث حالة الغاز

P الرئيسي V = RT.

قانون أفوجادروقابلة للتطبيق على المحاليل المخففة: تحتوي أحجام متساوية من غازات مختلفة عند نفس درجة الحرارة ونفس الضغط الاسموزي على نفس عدد الجسيمات المذابة. محاليل مواد مختلفة لها نفس التركيز المولي عند نفس درجة الحرارة لها نفس الضغط الاسموزي. تسمى هذه الحلول مساوي التوتر.

لا يعتمد الضغط الاسموزي على طبيعة المواد المذابة ، بل يعتمد على التركيز. إذا تم استبدال الحجم بالتركيز ، نحصل على:

يعتبر قانون Van't Hoff: الضغط التناضحي لمحلول ما يساوي عدديًا الضغط الذي ستنتجه كمية معينة من المذاب إذا كان ، في شكل غاز مثالي ، مشغولًا عند درجة حرارة معينة حجمًا مساويًا لحجم المحلول.

تنطبق جميع القوانين الموصوفة على الحلول المخففة بلا حدود.

ضغط جزئي- الضغط الذي يمكن أن يمارسه الغاز الداخل إلى خليط الغازات إذا أزيلت منه جميع الغازات الأخرى ، بشرط ثبات درجة الحرارة والحجم.

يتم تحديد الضغط الكلي لخليط الغاز قانون دالتون: الضغط الكلي لمزيج من الغازات التي تحتل حجمًا معينًا يساوي مجموع الضغوط الجزئية التي قد يتعرض لها كل غاز إذا احتل حجمًا مساويًا لحجم خليط الغازات.

ف = ف 1 + ص 2 + ص 3 + … + آر إلى,

أين ص- الضغط الكلي

آر إلىهو الضغط الجزئي للمكونات.