Chemie Overal 6 VWO ||| Samenvatting H17: Buffers en enzymen
H17 | Buffers en enzymen
17.1 Amfolyten
Sterkte van zuren en basen
Een sterk zuur in water wordt volledig in ionen gesplitst; dit is een aflopende reactie. Een zwak
zuur splitst in water gedeeltelijk in ionen; dit is een evenwichtsreactie. Hetzelfde geldt voor sterke
en zwakke basen: een sterke base reageert aflopend met water en bij een zwakke base met water
treedt een evenwichtsreactie op.
De sterkte van zuren en basen kun je in BINAS tabel 49 vinden. Hoe groter de evenwichtsconstante,
𝐾z voor zuren en 𝐾b voor base, des te sterker is het zuur of de base.
Een zuur en een base kunnen met elkaar reageren, waarbij het zuur een H+ overdraagt aan de base.
Amfolyten
Behalve deeltjes die als zuur of als base kunnen reageren, zijn er ook deeltjes die als zuur én als
base kunnen reageren. Zo een soort deeltje heet een amfolyt.
Als een amfolyt in aanraking komt met een zure oplossing, zal het als een base reageren.
Komt het amfolyt in aanraking met een basische oplossing, dan zal het juist als zuur reageren.
Amfolyten in water
Je kunt voor ieder amfolyt bepalen of het zich in water als zuur of als base gedraagt door de 𝐾z en
de 𝐾b uit BINAS tabel 49 te vergelijken. Als de 𝐾z groter is, zal het amfolyt zich in water als zuur
gedragen. Is de 𝐾b groter, dan zal het amfolyt zich in water als base gedragen.
Aminozuren
Aminozuren bestaan, in tegenstelling tot andere moleculaire stoffen, niet uit
ongeladen moleculen, maar uit dubbelionen.
Er ontstaat een deeltje met een positieve lading op het N-atoom en een negatieve
lading bij het zuurrest. Alle aminozuurmoleculen zijn daardoor amfolyten. De
ladingen zorgen voor een extra aantrekkingskracht tussen de moleculen, waardoor
alle aminozuren vaste stoffen met een relatief hoog smeltpunt (> 200°C) zijn.
17.2 Buffers
Werking van een buffer
Een buffer zorgt ervoor dat de pH van een mengsel constant blijft, bijvoorbeeld de pH van het
bloed wordt constant gehouden door een mengsel van een zuur.
De pH van een oplossing is afhankelijk van de [H3O+] en de [OH—]. Toevoeging van een (kleine)
hoeveelheid zuur of base aan een gewone oplossing, zonder buffer, zorgt voor een flinke
verandering in de pH.
Je spreekt van een bufferoplossing of buffer wanneer een oplossing in staat is om schommelingen in
de pH door zuur, base en verdunnen tegen te gaan.
Samenstelling van een buffer
Als je H3O+-ionen aan een bufferoplossing toevoegt, dan zullen deze reageren met de sterkste
aanwezige base. Er komen geen extra H3O+-ionen in de oplossing, waardoor de pH niet verandert.
Voeg je OH—-ionen toe, dan zullen deze reageren met het sterkst aanwezige zuur.
Om een schommeling in de pH goed te kunnen opvangen moet er wel voldoende zuur en base
aanwezig zijn. De concentratieverhouding 1:1 tussen het zuur en zijn geconjugeerde base zorgt
voor een ideale buffer. Een mengsel van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base met een
concentratieverhouding van 1:10 of 10:1 wordt ook nog een buffer genoemd.
Bufferkeuze
Als de concentratie van het zwakke zuur (HZ) en zijn geconjugeerde base (Z—) gelijk is, dan geldt
voor de evenwichtsvoorwaarde hiervan:
1
, Chemie Overal 6 VWO ||| Samenvatting H17: Buffers en enzymen
⎡⎢ 𝐻 𝑂+ ⎤⎥⎡⎢ 𝑍− ⎤⎥ +
𝐾z = ⎣ 3 ⎦⎣ ⎦
= ⎡⎢𝐻3𝑂 ⎤⎥
⎡⎢ 𝐻𝑍 ⎤⎥ ⎣ ⎦
⎣ ⎦
want [Z—] en [HZ] zijn gelijk aan elkaar en vallen weg uit de concentratiebreuk. Als je aan beide
kanten van de vergelijking de negatieve logaritme (-log) neemt, dan staat er:
-log(𝐾z) = -log [H3O+]
-log(𝐾z) heet ook wel de pKz en -log [H3O+] is gelijk aan de pH. Voor een buffer waarin het zuur en
zijn geconjugeerde base 1:1 zijn gemengd, geldt dus 𝑝𝐾z = pH. Als je een buffer van een bepaalde
pH nodig hebt, zoek je de 𝑝𝐾z van een zuur-basekoppel op die gelijk is of dicht in de buurt komt
van de gewenste pH.
Omdat de verhouding voor de deeltjes in een goede buffer tussen de 1:10 en 10:1 mag liggen, kan
de pH van een buffer tot 1,0 afwijken van de 𝑝𝐾z.
Als de pH van een buffermengsel bekend is, kun je met de evenwichtsvoorwaarde ook berekenen in
welke verhouding het zuur en zijn geconjugeerde base in de bufferoplossing aanwezig zijn.
Bloed
De belangrijkste functie van bloed is het transporteren van stoffen. Daarbij vormen zuren die de pH
van het bloed kunnen laten dalen. Wordt de pH zelfs kleiner
dan 6,8 kan dat levensbedreigend zijn.
Om te zorgen dat de pH niet te veel varieert, zijn er buffers in
het bloed aanwezig. De belangrijkste buffer is de koolzuur-
buffer: H2CO3/HCO3—.
Een andere belangrijke buffer is het eiwit hemoglobine. Deze
zorgt naast het constant houden van de pH, ook voor het
transport van zuurstof naar cellen. De koolzuurbuffer zorgt
voor het transport naar de longen. De ademhalingscyclus is
een samenwerking van de koolzuurbuffer en de hemoglobine-
buffer (deze hoef je niet te leren).
17.3 Enzymen
Samenstelling van enzymen
Enzymen staan bekend om het katalyseren van reacties in je lichaam. Ze worden daarom ook wel
biokatalysatoren genoemd. Het zijn eiwitten die heel specifiek één stof omzetten. De stof waar het
enzym op inwerkt, heet het substraat. De naam van enzymen is vaak afgeleid van het proces dat ze
katalyseren, gevolgd door de uitgang -ase.
Enzymen kunnen een co-enzym hebben, een kleiner organischer molecuul, dat het enzym nodig
heeft om werkzaam te zijn. Het co-enzym is meestal een soort aan-uitschakelaar van het enzym.
Voor het functioneren van een enzym is het essentieel dat de tertiaire structuur (de ruimtelijke
bouw van een heel eiwitmolecuul) in stand blijft. Bij het ontvouwen van een enzym, denatureren
genaamd, wordt een enzym onwerkzaam.
Werking van enzymen
Als een enzym een reactie katalyseert, hecht het zich aan het substraat. De locatie waar het
substraat hecht, noem je het actieve centrum van het enzym (ook wel actieve plaats genoemd). In
dit actieve centrum vindt de eigenlijke reactie plaats: het substraatmolecuul wordt omgezet in een
nieuw molecuul. De enzymwerking staat hieronder in drie stappen uitgelegd:
1 De binding van het substraat aan het enzym
Vrijwel alle enzymen hebben een specifieke werking en katalyseren maar voor één bepaalde
molecuulsoort, het substraat. Het enzym moet deze molecuulsoort herkennen door middel van de
ruimtelijke bouw en de polariteit/lading van het actieve centrum (holte waarin het substraat-
molecuul past).
Een enzym is vaak ook stereospecifiek, dat wil zeggen dat bij spiegelbeeld- en cis-trans-isomeren
het enzym maar één van de isomeren kan omzetten.
2
