Normál körülmények között az ember közönséges levegőt lélegzik, amelynek viszonylag állandó az összetétele (1. táblázat). A kilélegzett levegő mindig kevesebb oxigént és többet tartalmaz szén-dioxid. A legkevesebb oxigén és a legtöbb szén-dioxid az alveoláris levegőben. Az alveoláris és a kilélegzett levegő összetételének különbségét az magyarázza, hogy az utóbbi holttérlevegő és alveoláris levegő keveréke.

Az alveoláris levegő a test belső gázkörnyezete. Az artériás vér gázösszetétele annak összetételétől függ. A szabályozó mechanizmusok fenntartják az alveoláris levegő összetételének állandóságát. Az alveoláris levegő összetétele csendes légzés során kevéssé függ a belégzés és a kilégzés fázisaitól. Például a belélegzés végén a szén-dioxid-tartalom mindössze 0,2-0,3%-kal kevesebb, mint a kilégzés végén, mivel az alveoláris levegőnek csak 1/7-e újul meg minden lélegzetvétellel. Ezenkívül folyamatosan, be- és kilégzéskor áramlik, ami segít kiegyenlíteni az alveoláris levegő összetételét. Mély légzéssel nő az alveoláris levegő összetételének függősége a belégzéstől és a kilégzéstől.

1. táblázat: A levegő összetétele (%-ban)

A tüdőben a gázcsere az alveoláris levegőből az oxigénnek a vérbe (körülbelül 500 liter naponta) és a szén-dioxidnak a vérből az alveoláris levegőbe történő diffúziója (körülbelül 430 liter naponta) eredményeként megy végbe. A diffúzió a különbség miatt következik be parciális nyomás ezek a gázok az alveoláris levegőben és feszültségeik a vérben.

Parciális gáznyomás: fogalom és képlet

Részleges nyomású gáz ban ben gázkeverék arányos a gáz százalékos arányával és a keverék teljes nyomásával:

Levegő esetén: P atmoszférikus = 760 Hgmm. Művészet.; Oxigénnel = 20,95%.

Ez a gáz természetétől függ. A légköri levegő teljes gázkeverékét 100%-nak tekintjük, nyomása 760 Hgmm. Art., és a gáz egy részét (oxigén - 20,95%) úgy tekintjük X. Ezért az oxigén parciális nyomása a levegőelegyben 159 Hgmm. Művészet. Az alveoláris levegőben lévő gázok parciális nyomásának kiszámításakor figyelembe kell venni, hogy az vízgőzzel telített, amelynek nyomása 47 Hgmm. Művészet. Következésképpen az alveoláris levegő részét képező gázelegy nyomása nem 760 Hgmm. Art., és 760 - 47 \u003d 713 Hgmm. Művészet. Ezt a nyomást 100%-nak veszik. Innen könnyen kiszámítható, hogy az oxigén parciális nyomása, amelyet az alveoláris levegőben 14,3% tartalmaz, 102 Hgmm lesz. Művészet.; ennek megfelelően a szén-dioxid parciális nyomásának kiszámítása azt mutatja, hogy az egyenlő 40 Hgmm-rel. Művészet.

Az oxigén és a szén-dioxid parciális nyomása az alveoláris levegőben az az erő, amellyel ezeknek a gázoknak a molekulái az alveoláris membránon keresztül a vérbe hatolnak.

A gázok diffúziója a gáton keresztül megfelel Fick törvényének; mivel a membrán vastagsága és a diffúziós terület azonos, a diffúzió a diffúziós együtthatótól és a nyomásgradienstől függ:

Q gáz- az egységnyi idő alatt a szöveten áthaladó gáz térfogata; S - szöveti terület; A gáz DK-diffúziós együtthatója; (P 1, - P 2) - gáz parciális nyomás gradiens; T a szöveti gát vastagsága.

Figyelembe véve, hogy a tüdőbe áramló alveoláris vérben, részleges feszültség az oxigén 40 Hgmm. Art., és szén-dioxid - 46-48 Hgmm. Art., akkor a nyomásgradiens, amely meghatározza a gázok diffúzióját a tüdőben, a következő lesz: oxigén esetében 102 - 40 = 62 Hgmm. Művészet.; szén-dioxid esetén 40 - 46 (48) \u003d mínusz 6 - mínusz 8 Hgmm. Művészet. Mivel a szén-dioxid diffúz együtthatója 25-ször nagyobb, mint az oxigéné, a szén-dioxid aktívabban hagyja el a kapillárisokat az alveolusokba, mint az ellenkező irányú oxigén.

A vérben a gázok oldott (szabad) és kémiailag kötött állapotban vannak. A diffúzió csak oldott gázmolekulákat foglal magában. A folyadékban oldódó gáz mennyisége a következőktől függ:

• a folyadék összetételéről;
• a folyadékban lévő gáz térfogata és nyomása;
• folyadék hőmérséklete;
• a vizsgált gáz természete.

Minél nagyobb egy adott gáz nyomása és hőmérséklete, annál jobban oldódik a gáz a folyadékban. 760 Hgmm nyomáson. Művészet. és 38 °C hőmérsékleten 2,2% oxigén és 5,1% szén-dioxid oldódik 1 ml vérben.

A gáz folyadékban való oldódása addig tart, amíg a gáznemű közegben feloldódó és kilépő gázmolekulák száma között be nem alakul a dinamikus egyensúly. Azt az erőt, amellyel az oldott gáz molekulái a gázhalmazállapotú közegbe távoznak, nevezzük gáz nyomása folyadékban.Így egyensúlyi állapotban a gáznyomás megegyezik a folyadékban lévő gáz parciális nyomásával.

Ha egy gáz parciális nyomása nagyobb, mint a feszültsége, akkor a gáz feloldódik. Ha a gáz parciális nyomása a feszültsége alatt van, akkor a gáz az oldatból a gáznemű közegbe kerül.

Az oxigén és a szén-dioxid parciális nyomását és feszültségét a tüdőben a táblázat tartalmazza. 2.

2. táblázat Az oxigén és a szén-dioxid parciális nyomása és feszültsége a tüdőben (Hgmm-ben)

Az oxigén diffúzióját az alveolusokban és a vérben lévő parciális nyomáskülönbség biztosítja, amely 62 Hgmm. Art., és a szén-dioxid esetében - ez csak körülbelül 6 Hgmm. Művészet. A kis kör kapillárisain keresztüli véráramlás ideje (átlagosan 0,7 s) elegendő a parciális nyomás és a gázfeszültség szinte teljes kiegyenlítéséhez: az oxigén feloldódik a vérben, és a szén-dioxid az alveoláris levegőbe kerül. A szén-dioxidnak az alveoláris levegőbe való átalakulását viszonylag kis nyomáskülönbség mellett a tüdő e gáz nagy diffúziós kapacitása magyarázza.

A kémiában a „parciális nyomás” az a nyomás, amelyet a gázkeverék egyetlen komponense fejt ki. külső környezet például egy lombikon, egy léggömbön vagy a légkör határán. Kiszámolhatja az egyes gázok nyomását, ha ismeri a mennyiségét, a térfogatát és a hőmérsékletét. Ezután összeadhatja a parciális nyomásokat, és meghatározhatja a gázkeverék teljes parciális nyomását, vagy először a teljes nyomást, majd a parciális nyomást.

Lépések

1. rész

Fogadjon el minden gázt "ideálisnak". A kémiában az "ideális gáz" olyan gáz, amely kölcsönhatásba lép más anyagokkal anélkül, hogy érintkezésbe kerülne velük. Az egyes molekulák egymásnak ütközhetnek, és biliárdgolyóként taszíthatnak anélkül, hogy deformálódnának.

Határozza meg a gázok mennyiségét! A gázoknak tömegük és térfogatuk is van. A térfogatot általában literben (l) mérik, de két lehetőség van a tömeg kiszámítására.

A részleges nyomás Dalton-törvényének megértése. A törvényt John Dalton kémikus és fizikus fedezte fel, aki elsőként javasolta ezt kémiai elemek egyes atomokból áll, azt mondja: a gázkeverék össznyomása megegyezik a keverékben lévő egyes gázok nyomásának összegével.

2. rész

A részleges, majd a teljes nyomás kiszámítása

1. Határozza meg a parciális nyomásegyenletet azoknak a gázoknak, amelyekkel dolgozik. Számítási célokra vegyünk egy példát: egy 2 literes lombik 2 gázt, nitrogént (N 2), oxigént (O 2) és szén-dioxidot, szén-dioxidot (CO 2) tartalmaz. Minden gáz - 10 g, a lombikban lévő gázok hőmérséklete 37 Celsius fok (98,6 Fahrenheit). Meg kell találni az egyes gázok parciális nyomását és a gázkeverék teljes nyomását a tartályon.

   • A parciális nyomásegyenletünk így fog kinézni: P összesen = P nitrogén + P oxigén + P szén-dioxid.
   • Mivel megpróbáljuk megtalálni az egyes gázok által kifejtett nyomást, ismerjük a térfogatot és a hőmérsékletet, és az anyag tömege alapján megtaláljuk az egyes gázok mólszámát, az egyenletet a következő formában írhatjuk át. : P összesen \u003d (nRT / V) nitrogén + (nRT / V) oxigén + (nRT/V) szén-dioxid

2. Váltsa át a hőmérsékletet Kelvin-fokra. A hőmérséklet Celsiusban 37 fok, ezért 273-at adunk a 37-hez, és 310 K-t kapunk.

   Határozza meg a mintában lévő egyes gázok móljainak számát! Egy gáz móljainak száma egyenlő a gáz tömegének osztva a gázával moláris tömeg, amely, mint már említettük, egyenlő a készítményben lévő összes atom tömegének összegével.

   • Első gázunknál, a nitrogénnél (N2) minden atom atomtömege 14. Mivel a nitrogénnek két atomja van (kétatomos molekulákból áll), meg kell szoroznunk 14-et 2-vel, hogy megkapjuk a nitrogén moláris tömegét, ami 28. Ezután elosztjuk a grammban kifejezett tömeget, 10 g-ot 28-cal, hogy megkapjuk a mólszámot, amely körülbelül 0,4 mol.
   • A második gáz, az oxigén (O 2 ) atomonkénti tömege 16. Az oxigén szintén kétatomos gáz, ezért 16-ot megszorozva 2-vel 32-t kapunk. 10 g-ot 32-vel osztva körülbelül 0,3 mol oxigén a gázminta keverékeiben.
   • A harmadik gáz, a szén-dioxid (CO 2 ) 3 atomból áll: egy 12 atomtömegű szénatom és két oxigénatom, mindegyik 16 atomtömegű. Összeadjuk a három súlyt: 12 + 16 + 16 = 44 a moláris tömeg. Ha 10 grammot elosztunk 44-gyel, körülbelül 0,2 mol szén-dioxidot kapunk.

3. Csatlakoztassa a mol, térfogat és hőmérséklet értékeit. Az egyenletünk így fog kinézni: P össz = (0,4 * R * 310/2) nitrogén + (0,3 * R * 310/2) oxigén + (0,2 * R * 310/2) szén-dioxid.

   • Az egyszerűség kedvéért meghagytuk a mértékegységek aktuális értékeit. Ezek az egységek a matematika után eltűnnek, és csak azok maradnak meg, amelyek részt vesznek a nyomás meghatározásában.

4. Helyettesítsd be az R konstans értékét. A parciális és össznyomásokat atmoszférában adjuk meg, ezért 0,0821 L atm/K mol R értéket használunk. Ha ezt beillesztjük az egyenletbe, akkor az össz P = (0,4 * 0,0821 * 310/2) nitrogén + (0,3 * 0,0821 * 310/2) oxigén + (0,2 * 0,0821 * 310/2) szén-dioxid.

5. Számítsa ki az egyes gázok parciális nyomását! Most már minden érték a helyén van, ideje továbblépni a matematikai számításokhoz.

   • A nitrogén parciális nyomásának meghatározásához 0,4 mol értéket megszorozunk 0,0821-es állandónkkal és 310 K hőmérséklettel, majd elosztjuk 2 literrel: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, hozzávetőlegesen.
   • Az oxigén parciális nyomásának meghatározásához szorozzuk meg 0,3 mol 0,0821 állandóval és 310 K hőmérséklettel, majd osszuk el 2 literrel: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, hozzávetőlegesen.
   • A szén-dioxid parciális nyomásának meghatározásához szorozzuk meg 0,2 mol értékét 0,0821 állandóval és 310 K hőmérséklettel, majd osszuk el 2 literrel: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, hozzávetőlegesen.
   • Most összeadjuk a kapott nyomásértékeket, és megtudjuk a teljes nyomást: P össz = 5,09 + 3,82 + 2,54 vagy 11,45 atm, hozzávetőlegesen.

3. rész

A teljes, majd a részleges nyomás kiszámítása

1. Határozza meg a parciális nyomást az előzőek szerint. Ismét vegyünk példának egy 2 literes lombikot három gázzal: nitrogénnel (N 2 ), oxigénnel (O 2 ) és szén-dioxiddal (CO 2 ). Mindegyik gázból 10 g van, a lombikban lévő gázok hőmérséklete 37 °C (98,6 °F).

   • A Kelvin-hőmérséklet ugyanaz, 310 fok lesz, mint korábban, körülbelül 0,4 mol nitrogénünk, 0,3 mol oxigénünk és 0,2 mol szén-dioxidunk lesz.
   • A nyomást atmoszférában is feltüntetjük, ezért az R állandóhoz a 0,0821 l atm/K mol értéket fogjuk használni.
   • Így a parciális nyomás egyenletünk Ebben a pillanatban ugyanúgy néz ki, mint korábban: P össz = (0,4 * 0,0821 * 310/2) nitrogén + (0,3 * 0,0821 * 310/2) oxigén + (0,2 * 0,0821 * 310/2) szén-dioxid.

Légzőgázok parciális nyomása

A Dalton-törvény szerint a keverékben lévő egyes gázok parciális nyomása (feszültsége) (Pr) arányos a teljes térfogatból való részesedésével, azaz. törtrészei (Fr) . Ennek a törvénynek a légúti gázokra történő alkalmazásakor figyelembe kell venni, hogy a légköri levegőben az alveoláris gázkeverékhez hasonlóan nemcsak O 2, CO 2, N 2 és nemesgázok, hanem vízgőz is található, amelynek bizonyos parciális nyomása van. (Pn 2 o). Mivel a gázfrakciók száraz keverékükre vannak megadva, a Dalton-törvény egyenletében a teljes nyomásból ( Légköri nyomás: P atm) vonjuk ki a vízgőznyomást. Ezután a gáz parciális nyomását a következő képlet határozza meg:

Pr \u003d Fr (R atm - Pn 2 o)

Ha az oxigén vagy szén-dioxid Fr értékeit behelyettesítjük a gázok parciális nyomásának egyenletébe légköri levegő: 21% (0,21) és 0,03% (0,0003) és vízgőznyomás (47 Hgmm), akkor kiszámolhatjuk, hogy parciális nyomás meghatározott gázok a tengerszint feletti légköri levegőben(P atm = 760 Hgmm) 150 Hgmm (20 kPa) lesz oxigénnél és 0,2 Hgmm (0,03 kPa) szén-dioxidnál.

A fenti képletből az következik a légköri nyomás csökkenése vagy egy gáz (oxigén - FrO 2) fajlagos tartalmának csökkenése a belélegzett levegőben ennek a gáznak (oxigén - PrO 2) parciális nyomásának csökkenésével jár együtt a belélegzett levegőben.

Oxigénfeszültség az alveoláris gázelegyben normál körülmények között a szellőztetés nem csak a fogyasztásától, hanem a szén-dioxid eltávolításától is függ. Ennek megfelelően az oxigén parciális nyomásának számításakor az alveoláris gázelegyben (P A O 2) korrekciót végeznek az anyagcsere során keletkező CO 2 eltávolítására. Ily módon számítási képlet az RA O 2 meghatározása a következő:

R A O 2 \u003d Pro 2 - ________,

ahol PaCO 2 a szén-dioxid parciális nyomása az artériás vérben (40 Hgmm);

R - légzési együttható, amely a felszabaduló CO 2 és az elnyelt O 2 arányát jellemzi (stressz hiányában és normál táplálkozás mellett = 0,8).

Ezeknek a mutatóknak az értékeit behelyettesítve a következőket kapjuk:

R A O 2 \u003d 150 - _______ \u003d 100 Hgmm (13,3 kPa)

A szén-dioxid parciális nyomása az alveoláris gázelegyben 40 Hgmm (5,3 kPa). A fenti képletből következik, hogy a PrO 2 csökkenése az RA O 2 csökkenésével jár együtt.

Mint ismeretes, gázcsere a tüdőben az alveoláris-kapilláris membrán (Δ) mindkét oldalán parciális nyomásgradiens irányába megy. Oxigén esetében ez a gradiens megfelel a P A O 2 és a tüdőbe belépő vénás vér kapillárisaiban lévő oxigénfeszültség (40 Hgmm) közötti különbségnek. Azonban a vérnek a tüdőkapillárisokon való áthaladása során (0,3 mp) ez a nyomás gyorsan növekszik, és 0,1 mp után már az alveoláris nyomás ≈ 90%-a (G. Tevs, 2007), a következő 0,2 másodpercben pedig a feszültség a kapillárisokban lévő oxigén kiegyenlítődik az alveolárissal. Ezért a koncepció bevezetésre kerül átlagos nyomásgradiens az alveoláris gázelegy (100 Hgmm) és a tüdőkapillárisok vére (90 Hgmm) között, ami 10 Hgmm. Művészet.

Ozmózis

Ozmózis- a szelektív diffúzió jelensége bizonyos fajta részecskéket egy félig áteresztő gáton keresztül. Ezt a jelenséget először az apát írta le nolle 1748-ban. Polimer filmekből (kollódion) vagy gélszerű csapadékból, például réz-ferrocianid Cu 2-ből készíthetők olyan válaszfalak, amelyek csak vizet vagy más oldószert áteresztőek és oldott anyagokat (mind a kis molekulatömegű, mind a nagy molekulatömegű) át nem eresztenek; ez a csapadék az üvegszűrő válaszfalának pórusaiban képződik, amikor a porózus anyagot először merítik az oldatba kék vitriol(CuSO 4 x 5H 2 O), majd sárga vérsó K 2 . Egy ilyen válaszfalon keresztül diffundálnak az anyagok, ami az ozmózis egyik fontos esete, ami lehetővé teszi az ozmotikus nyomás mérését, pl. ozmotikus nyomás- annak mértéke, hogy az oldott anyag mennyire kívánja áthaladni a hőmozgás következtében az oldatból a tiszta oldószerbe történő diffúzió során; egyenletesen elosztva az oldószer térfogatában, csökkentve az oldat kezdeti koncentrációját.

Az ozmotikus nyomás hatására az erő hatására a folyadék felemelkedik, ezt az ozmotikus nyomást a hidrosztatikus nyomás kiegyenlíti. Amikor a diffundáló anyagok sebessége egyenlővé válik, az ozmózis leáll.

Minták:

1. Állandó hőmérsékleten az oldat ozmózisnyomása egyenesen arányos az oldott anyag koncentrációjával.

2. Az ozmotikus nyomás arányos az abszolút hőmérséklettel.

1886-ban J. G. Van' Hoff kimutatta, hogy az ozmotikus nyomás nagysága a gáz állapotával fejezhető ki

P fő V = RT.

Avogadro törvénye híg oldatokra alkalmazható: egyenlő térfogatban különféle gázok azonos hőmérsékleten és azonos ozmotikus nyomáson tartalmaz ugyanaz a szám oldott részecskék. Megoldások különféle anyagok azonos moláris koncentrációjú, azonos hőmérsékleten azonos ozmózisnyomású. Az ilyen megoldásokat ún izotóniás.

Az ozmotikus nyomás nem az oldott anyagok természetétől, hanem a koncentrációtól függ. Ha a térfogatot koncentrációra cseréljük, a következőket kapjuk:

Fontolgat Van't Hoff törvénye: az oldat ozmózisnyomása számszerűen egyenlő azzal a nyomással, amelyet adott mennyiségű oldott anyag hozna létre, ha az ideális gáz adott hőmérsékleten az oldat térfogatával megegyező térfogatot foglalt el.

Az összes leírt törvény a végtelenül híg oldatokra vonatkozik.

Parciális nyomás- az a nyomás, amelyet a gázelegybe belépő gáz akkor fejt ki, ha az összes többi gázt eltávolítjuk belőle, feltéve, hogy állandó hőmérsékletés hangerőt.

Meghatározzuk a gázelegy össznyomását dalton törvénye: egy bizonyos térfogatot elfoglaló gázkeverék össznyomása megegyezik azoknak a parciális nyomásoknak az összegével, amelyek minden egyes gázra akkor vonatkoznának, ha a gázkeverék térfogatával megegyező térfogatot foglalnának el.

P = P 1 + R 2 + R 3 + … + R to,

ahol R- össznyomás;

R to az alkatrészek parciális nyomása.