Parciálne tlaky dýchacích plynov

Podľa Daltonovho zákona je parciálny tlak (napätie) každého plynu v zmesi (Pr) úmerný jeho podielu na celkovom objeme, t.j. jeho zlomky (Fr) . Pri aplikácii tohto zákona na dýchacie plyny je potrebné vziať do úvahy, že atmosférický vzduch, podobne ako alveolárna zmes plynov, obsahuje nielen O 2, CO 2, N 2 a vzácne plyny, ale aj vodnú paru, ktorá má určitý parciálny tlak. (Pn 2 o). Keďže podiely plynov sú uvedené pre ich suchú zmes, v rovnici pre Daltonov zákon treba od celkového tlaku odpočítať tlak vodnej pary (atmosférický tlak: P atm). Potom sa parciálny tlak plynu určí podľa vzorca:

Pr \u003d Fr (R atm – Pn 2 o)

Ak dosadíme hodnoty Fr za kyslík resp oxid uhličitý v atmosférický vzduch: 21 % (0,21) a 0,03 % (0,0003) a tlak vodnej pary (47 mm Hg), potom môžeme vypočítať, že čiastočný tlakšpecifikované plyny v atmosférickom vzduchu nad hladinou mora(Patm = 760 mm Hg) bude 150 mm Hg (20 kPa) pre kyslík a 0,2 mm Hg (0,03 kPa) pre oxid uhličitý.

Z vyššie uvedeného vzorca vyplýva, že pokles barometrického tlaku, alebo pokles špecifického obsahu plynu (kyslík - FrO 2) vo vdychovanom vzduchu bude sprevádzaný poklesom parciálneho tlaku tohto plynu (kyslík - PrO 2) vo vdychovanom vzduchu.

Napätie kyslíka v alveolách zmes plynov pri štandardných podmienkach je vetranie závislé nielen od jeho spotreby, ale aj odvádzania oxidu uhličitého. V súlade s tým sa pri výpočte parciálneho tlaku kyslíka v alveolárnej zmesi plynov (P A O 2) vykoná korekcia na odstránenie CO 2 vytvoreného počas metabolizmu. Touto cestou, kalkulačný vzorec definície RA02 sú nasledovné:

R A O 2 \u003d PrO 2 - ________,

kde PaCO2 je parciálny tlak oxidu uhličitého v arteriálnej krvi (40 mm Hg);

R - respiračný koeficient charakterizujúci pomer uvoľneného CO 2 k absorbovanému O 2 (v neprítomnosti stresu a pri normálnej výžive = 0,8).

Nahradením hodnôt týchto ukazovateľov zistíme:

R A O 2 \u003d 150 – _______ \u003d 100 mm Hg (13,3 kPa)

Čiastočný tlak oxid uhličitý v alveolárnej zmesi plynov je 40 mm Hg (5,3 kPa). Z vyššie uvedeného vzorca vyplýva, že pokles PrO 2 bude sprevádzaný poklesom RA O 2 .

Ako je známe, výmena plynov v pľúcach ide v smere gradientov parciálneho tlaku na oboch stranách alveolárno-kapilárnej membrány (Δ). Pre kyslík tento gradient zodpovedá rozdielu medzi P A O 2 a napätím kyslíka v kapilárach venóznej krvi (40 mm Hg) vstupujúcej do pľúc. Pri prechode krvi cez pľúcne kapiláry (0,3 sek.) sa však tento tlak rýchlo zvyšuje a po 0,1 sek je ≈ 90 % alveolárneho tlaku (G. Tevs, 2007) a za ďalších 0,2 sek. kyslík v kapilárach sa vyrovnáva s alveol. Preto sa zavádza koncept stredný tlakový gradient medzi alveolárnou zmesou plynov (100 mm Hg) a krvou pľúcnych kapilár (90 mm Hg), čo je 10 mm Hg. čl.

Ak je nad kvapalinou zmes plynov, tak sa v nej rozpúšťa každý plyn podľa svojho parciálneho tlaku, v zmesi, teda na tlak, ktorý pripadá na jeho podiel. Čiastočný tlak akéhokoľvek plynu v zmesi plynov možno vypočítať na základe znalosti celkového tlaku plynnej zmesi a jej percentuálneho zloženia. Áno, o atmosferický tlak vzduchu 700 mm Hg parciálny tlak kyslíka je približne 21 % zo 760 mm, t.j. 159 mm, dusíka - 79 % zo 700 mm, t.j. 601 mm.

Pri výpočte parciálny tlak plynov v alveolárnom vzduchu treba brať do úvahy, že je nasýtený vodnou parou, ktorej parciálny tlak pri telesnej teplote je 47 mm Hg. čl. Preto podiel ostatných plynov (dusík, kyslík, oxid uhličitý) už nie je 700 mm, ale 700-47 - 713 mm. Pri obsahu kyslíka v alveolárnom vzduchu 14,3% bude jeho parciálny tlak iba 102 mm; s obsahom oxidu uhličitého 5,6 %, jeho parciálny tlak je 40 mm.

Ak sa kvapalina nasýtená plynom pri určitom parciálnom tlaku dostane do kontaktu s rovnakým plynom, ale s nižším tlakom, časť plynu vyjde z roztoku a množstvo rozpusteného plynu sa zníži. Ak je tlak plynu vyšší, potom sa v kvapaline rozpustí viac plynu.

Rozpúšťanie plynov závisí od parciálneho tlaku, t. j. tlaku konkrétneho plynu, a nie od celkového tlaku plynnej zmesi. Preto napríklad kyslík rozpustený v kvapaline unikne do dusíkovej atmosféry rovnakým spôsobom ako do dutiny, aj keď je dusík pod veľmi vysokým tlakom.

Pri kontakte kvapaliny s plynnou zmesou určitého zloženia závisí množstvo plynu, ktoré vstupuje alebo vystupuje z kvapaliny, nielen od pomeru tlakov plynov v kvapaline a v zmesi plynov, ale aj od ich objemov. Ak je veľký objem kvapaliny v kontakte s veľkým objemom zmesi plynov, ktorej tlak sa výrazne líši od tlaku plynov v kvapaline, môže do nej vstúpiť alebo vystúpiť. veľké množstvá plynu. Naopak, ak je dostatočne veľký objem kvapaliny v kontakte s plynovou bublinou malého objemu, potom veľmi malé množstvo plynu opustí alebo vstúpi do kvapaliny a zloženie plynu kvapaliny sa prakticky nezmení.

Pre plyny rozpustené v kvapaline pojem „ Napätie“, čo zodpovedá pojmu „parciálny tlak“ pre voľné plyny. Napätie sa vyjadruje v rovnakých jednotkách ako tlak, t. j. v atmosfére alebo v milimetroch ortuti alebo vodného stĺpca. Ak je tlak plynu 1,00 mm Hg. Art., to znamená, že plyn rozpustený v kvapaline je v rovnováhe s voľným plynom pod tlakom 100 mm.

Ak sa napätie rozpusteného plynu nerovná parciálnemu tlaku voľného plynu, potom je rovnováha narušená. Obnovuje sa, keď sa tieto dve veličiny opäť navzájom rovnajú. Napríklad, ak je tlak kyslíka v kvapaline uzavretej nádoby 100 mm a tlak kyslíka vo vzduchu v tejto nádobe je 150 mm, potom kyslík vstúpi do kvapaliny.

V tomto prípade sa napätie kyslíka v kvapaline uvoľní a jeho tlak mimo kvapaliny bude klesať, kým sa nevytvorí nová dynamická rovnováha a obe tieto hodnoty sa rovnajú, pričom dostali nejakú novú hodnotu medzi 150 a 100 mm. . Ako sa mení tlak a napätie v danej štúdii závisí od relatívnych objemov plynu a kvapaliny.

Parciálny tlak (lat. Participis - čiastočný, z lat. pars - časť) - tlak, ktorý by mal plyn, ktorý je súčasťou plynnej zmesi, keby sám zaberal objem rovný objemu zmesi pri rovnakej teplote. V tomto prípade sa používa aj zákon parciálnych tlakov: celkový tlak plynnej zmesi sa rovná súčtu parciálnych tlakov jednotlivých plynov, ktoré tvoria túto zmes, teda Ptot = P1 + P2 + .. + Pp

Z formulácie zákona vyplýva, že parciálny tlak je parciálny tlak vytvorený jedným plynom. Parciálny tlak je totiž tlak, ktorý by daný plyn vytvoril, keby sám zaberal celý objem.

12. Definujte pojmy: systém, fáza, prostredie, makro- a mikrostav.

systém nazývané súhrnom interagujúcich látok, izolovaných z prostredia. Rozlišovať homogénneaheterogénnesystémov.

Systém je tzv termodynamické, ak medzi telesami, ktoré ho tvoria, môže dochádzať k výmene tepla, hmoty a ak je systém úplne opísaný termodynamickými pojmami.

V závislosti od povahy interakcie s prostredím sa rozlišujú systémy otvorené, zatvorenéaizolovanýkúpeľne.

Každý stav systému je charakterizovaný určitým súborom hodnôt termodynamických parametrov (stavové parametre, stavové funkcie).

13. Vymenujte hlavné termodynamické veličiny charakterizujúce stav sústavy. Zvážte význam pojmov "vnútorná energia systému a entalpia".

Hlavné parametre stavu systému sú parametre, ktoré možno priamo merať (teplota, tlak, hustota, hmotnosť atď.).

Volajú sa stavové parametre, ktoré sa nedajú priamo merať a závisia od hlavných parametrov štátne funkcie(vnútorná energia, entropia, entalpia, termodynamické potenciály).

Počas chemická reakcia(prechod sústavy z jedného stavu do druhého) vnútorná energia sústavy U sa mení:

U \u003d U 2 -U 1, kde U 2 a U 1 sú vnútorná energia systému v konečnom a počiatočnom stave.

Hodnota U je kladná (U> 0), ak sa vnútorná energia systému zvyšuje.

Entalpia systému a jej zmena .

Prácu A možno rozdeliť na prácu rozšírenia A = pV (p = konšt.)

a iné druhy práce A "(užitočná práca), okrem prác na rozširovanie: A \u003d A" + pV,

kde p - vonkajší tlak; V- zmena objemu (V \u003d V 2 - V \); V 2 - objem reakčných produktov; V 1 - objem východiskových látok.

Podľa toho rovnicu (2.2) pri konštantnom tlaku zapíšeme ako: Q p = U + A" + pV.

Ak na systém nepôsobia žiadne iné sily okrem konštantného tlaku, t.j. v priebehu chemického procesu je jediným druhom práce práca expanzie, potom A" = 0.

V tomto prípade bude rovnica (2.2) napísaná takto: Q p = U + pV.

Nahradením U \u003d U 2 - U 1 dostaneme: Q P \u003d U 2 -U 1+ pV 2 + pV 1 \u003d (U 2 + pV 2) - (U 1 + pV 1). Charakteristická funkcia U + pV = H sa nazýva systémová entalpia. Toto je jedna z termodynamických funkcií charakterizujúcich systém pri konštantnom tlaku. Dosadením rovnice (2.8) do (2.7) dostaneme: Q p = H 2 -H 1 = r H.

Osmóza

Osmóza- fenomén selektívnej difúzie určitý druhčastice cez polopriepustnú bariéru. Prvýkrát tento jav opísal opát nolle v roku 1748. Priečky, ktoré sú priepustné len pre vodu alebo iné rozpúšťadlo a nepriepustné pre rozpustené látky, či už s nízkou molekulovou hmotnosťou, alebo s vysokou molekulovou hmotnosťou, môžu byť vyrobené z polymérnych filmov (kolódium) alebo gélovitých precipitátov, napríklad ferokyanid meďnatý Cu2; táto zrazenina sa vytvorí v póroch sklenenej filtračnej priehradky, keď sa porézny materiál prvýkrát ponorí do roztoku modrý vitriol(CuSO4 x 5H20) a potom žltá krvná soľ K2. Cez takúto prepážku difundujú látky, čo je dôležitý prípad osmózy, ktorá umožňuje merať osmotický tlak, t.j. osmotický tlak- miera túžby rozpustenej látky prejsť v dôsledku tepelného pohybu v procese difúzie z roztoku do čistého rozpúšťadla; distribuované rovnomerne v celom objeme rozpúšťadla, čím sa znižuje počiatočná koncentrácia roztoku.

V dôsledku osmotického tlaku sila spôsobuje stúpanie kvapaliny nahor, tento osmotický tlak je vyvážený hydrostatickým tlakom. Keď sa rýchlosti difundujúcich látok vyrovnajú, osmóza sa zastaví.

Vzory:

1. Pri konštantnej teplote je osmotický tlak roztoku priamo úmerný koncentrácii rozpustenej látky.

2. Osmotický tlak je úmerný absolútnej teplote.

V roku 1886 J. G. van't Hoff ukázali, že veľkosť osmotického tlaku možno vyjadriť stavom plynu

P hlavné V = RT.

Avogadrov zákon použiteľné pre zriedené roztoky: v rovnakých objemoch rôzne plyny pri rovnakej teplote a rovnakom osmotickom tlaku obsahuje rovnaké číslo rozpustené častice. Riešenia rôzne látky majúce rovnakú molárnu koncentráciu pri rovnakej teplote majú rovnaký osmotický tlak. Takéto riešenia sú tzv izotonický.

Osmotický tlak nezávisí od povahy rozpustených látok, ale závisí od koncentrácie. Ak je objem nahradený koncentráciou, dostaneme:

Zvážte Van't Hoffov zákon: osmotický tlak roztoku sa číselne rovná tlaku, ktorý by vytvorilo dané množstvo rozpustenej látky, keby bolo vo forme ideálny plyn zaujímal pri danej teplote objem rovný objemu roztoku.

Všetky opísané zákony platia pre nekonečne zriedené roztoky.

Čiastočný tlak- tlak, ktorý by vyvinul plyn vstupujúci do zmesi plynov, keby sa z nej odstránili všetky ostatné plyny, za predpokladu, že teplota a objem sa udržiavajú konštantné.

Stanoví sa celkový tlak plynnej zmesi daltonov zákon: celkový tlak zmesi plynov zaberajúcej určitý objem sa rovná súčtu parciálnych tlakov, ktoré by mal každý jednotlivý plyn, keby zaberal objem rovný objemu zmesi plynov.

P = P 1 + R 2 + R 3 + … + R až,

kde R- celkový tlak;

R až je parciálny tlak komponentov.