生物系统中缓冲液的制备和使用指南（1）水的电离

首先，在我们开始讨论缓冲剂及其如何控制氢离子浓度之前，有必要简要解释一下水的作用以及弱酸和弱碱的平衡常数。

水的电离

水占大多数生物质量的70%左右。所有的生物反应都发生在水介质中。细胞结构和功能的各个方面都与水的物理和化学性质相适应。因此，我们有必要了解水及其电离产物的一些基本性质，即H+和OH-。可以说，H+和OH-会影响细胞内所有生物大分子的结构、组装和性质。

水是极性溶剂，能溶解大多数带电分子。水通过削弱阳离子和阴离子的静电相互作用来水合和稳定它们，从而溶解大多数盐(如下图)。

容易溶于水的化合物被称为亲水化合物。

非极性化合物，如氯仿和醚，不与水以任何有利的方式相互作用，被称为疏水化合物。

一些生物大分子，如蛋白质、某些维生素、类固醇和磷脂，都包含极性区和非极性区。它们被称为两亲分子。两亲分子的亲水区域以能够与水分子最大程度相互作用的方式排列，其疏水区域则聚集在一起，以尽可能小的程度暴露在水环境中。

水分子经过可逆电离生成H+和OH-，如下式所示。

水在平衡状态下的离子化程度是相当小的，由下面的方程给出，其中Keq是平衡常数。

25℃时，纯水的浓度为55.6 M (1000÷18；水分子量18.0)。因此，我们可以将上式改写为:

对于纯水，通过电导率实验测得在25℃下Keq值为1.8×10^-16 M。

因此，

水的离子积[H+][OH -]在25℃时始终等于1.0×10^-14 M2。当[H+]和[OH -]等量存在时，溶液的pH值为中性。

因为H+和OH -的总浓度是恒定的，一个离子的增加被另一个离子浓度的减少所补偿。这就形成了pH值的基础。

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