Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL, ÚLB)/Srážecí reakce, součin rozpustnosti, tvorba komplexu, koordinační sloučeniny, příklady a jejich význam v biochemii a medicíně

Srážecí reakce

Existuje několik typů chemických reakcí: redoxní (přenos elektronu), acidobazické (přenos H⁺) a srážecí (přenos atomů nebo částí molekul). Jedná se tedy o reakce, při nichž vzniká nerozpustný produkt – sraženina. Tato reakce se zapisuje jako iontová a sraženina se značí šipkou dolů.

Využití v analýze

Srážecí reakce se využívají například pro důkaz určitých aniontů či kationtů. Kvantitativní důkaz se poté provádí pomocí turbidimetrie či nefelometrie.

Sraženina se po určité době přestane tvořit, vzniká tedy rovnováha mezi ní a roztokem.

Tuto rovnováhu charakterizuje rovnovážná konstanta:

$K={\frac {A\cdot B}{AB}}$.

Z tohoto vzorce lehce vyjádříme součin rozpustnosti jako:

$K_{AB}=A\cdot B$.

• K_AB = K_s – součin rozpustnosti
• A – koncentrace aniontů
• B – koncentrace kationtů

Rozpustnost je fyzikální vlastnost, která závisí na teplotě a na součinu rozpustnosti (K_s). Čím je K_s vyšší, tím se sraženina více rozpouští. Čím je naopak K_s nižší, tím je sraženina v roztoku stabilnější.

Hodnoty K_s se pohybují v rozmezí 10⁻⁵ až 10^{−50[zdroj?]}

Teprve až když součin koncentrací iontů v roztoku dosáhne hodnoty K_s, dojde ke tvorbě sraženiny. Hodnoty pod K_s sraženinu nevytvoří a ionty zůstávají volně v roztoku.

Například k mineralizaci kostí dochází při překročení K_s = 10⁻²⁶.^[zdroj?] Překročení součinu rozpustnosti může vést k tvorbě ledvinových kamenů a podobných komplikací.

Součin rozpustnosti

Součin rozpustnosti odvozujeme ze vztahu pro rovnovážné konstanty, které charakterizují rovnováhy chemických reakcí v heterogenních soustavách. U srážecích reakcí ve vodných roztocích, užívaných v kvalitativní analýze, se ustanovuje rovnováha mezi nezreagovanými ionty v roztoku nad sraženinou a tuhou fází sraženiny. Např. pro málo rozpustnou sloučeninu (sraženinu) Ag₂CrO₄, vznikající podle chemické rovnice

Ag₂CrO₄ $\rightleftharpoons$ 2Ag⁺ + CrO₄^2-

platí pro rovnovážný stav

$K={\frac {[{\mbox{Ag}}^{+}]^{2}\cdot [{\mbox{CrO}}_{4}^{2-}]}{[{\mbox{Ag}}_{2}{\mbox{CrO}}_{4}]}}$.

Protože při srážení je roztok nerozpustné sloučeniny nasycen a látková koncentrace nerozpustné sloučeniny je konstantní, bude také konstantní součin rovnovážné konstanty a koncentrace nerozpustné sloučeniny.

Dostáváme vztah

$K_{s}=K\cdot [{\mbox{Ag}}_{2}{\mbox{CrO}}_{4}]=[{\mbox{Ag}}^{+}]^{2}\cdot [{\mbox{CrO}}_{4}^{2-}]$

Obecně tedy je součin rozpustnosti K_s dán součinem rovnovážných koncentrací iontů v roztoku nad sraženinou, umocněných na stechiometrické koeficienty dané chemické reakce. Součiny rozpustnosti řady látek jsou tabelovány.

Podle součinu rozpustnosti můžeme posuzovat i vypočítat rozpustnosti látek za různých podmínek, závisí na teplotě, pH a přítomnosti dalších cizích iontů v roztoku. Tohoto lze využít v kvalitativní analýze, může se tak ovlivnit podle potřeby analytických postupů srážení málo rozpustných sloučenin za účelem jejich lepších separací a důkazů.

Komplexní sloučeniny

(viz též Koordinačně kovalentní vazba)

Komplexní sloučeniny, koordinační sloučeniny (komplexy) mohou být molekuly nebo ionty, které obsahují centrální částici, atom nebo ion, na kterou jsou koordinační kovalentní vazbou vázány ligandy. Centrálními částicemi bývají většinou atomy nebo ionty přechodných prvků s neobsazenými valenčními orbitaly, které mohou přijímat volné elektronové páry, jsou to akceptory elektronů. Nejlépe tvoří jádra komplexů d a f-prvky, hůře p-prvky a nejhůře s-prvky. Ligandy (donory elektronů) mohou být anionty, např. Cl^- – chloro, Br^- – bromo, CN^- – kyano, OH^- – hydroxo, nebo i neutrální molekuly, které mají atom s volným elektronovým párem, např. H₂O – aqua, NH₃ – ammin, NO – nitrosyl, CO – karbonyl. Maximální počet jednovazných ligandů kolem centrální částice se nazývá koordinační číslo sloučenin, bývá jím nejčastěji číslo 6, 4, 8, 2. Koordinační sloučeniny mohou obsahovat komplexní kationt, aniont, nebo obojí. Názvosloví těchto sloučenin je pojednáno v .

Komplexní sloučeniny jsou většinou ve vodě rozpustné, méně disociované a vzhledem ke koordinačním vazbám se liší od svých původních složek barvou i rozpustností. Mají proto široké použití v analytické chemii. V roztocích komplexních sloučenin se ustavuje chemická rovnováha, např.

Cu₂⁺ + 4NH₃ $\rightleftharpoons$ [Cu(NH₃)₄]₂⁺

V tomto případě platí

$K_{k}={\frac {[{\mbox{Cu}}({\mbox{NH}}_{3})_{4}]^{2+}}{[{\mbox{Cu}}^{2+}]\cdot [{\mbox{NH}}_{3}]^{4}}}$

K_k je konstanta stability komplexu; čím je hodnota K_k větší, tím je komplex stabilnější a naopak.

Mezi komplexní sloučeniny patří též chelátové komplexy (cheláty). V těchto komplexech bývá ligandem organická sloučenina, která může obsadit najednou i více koordinačních míst kolem centrálního atomu, obsahuje více volných elektronových párů. Chelatotvorné činidlo je organická látka, která poskytuje nejméně dva volné elektronové páry na vznik dativní vazby. Některá tato činidla se používají v analytické chemii při titračních stanoveních, i jinak, např. chelatotvorné činidlo EDTA (etylendiamintetraoctová kyselina a její soli), biuret a jiné. Řada chelatotvorných činidel se používá v medicíně při akutních otravách kationty některých dvoj- i trojmocných kovů, k jejich vyvázání a odstranění z organismu. Fyziologicky významné jsou též chelátové struktury u mnohých enzymů, dále pak např. hemoglobin, chlorofyl a jiné biologické pigmenty.