حل أسئلة وشرح: الإثراء والتوسع: المحلول المنظم في الدم | الكيمياء الصف الثاني عشر
المفاهيم والتفاعلات الكيميائية
آلية عمل المحلول المنظم (تأثير الجهد البدني)
دور الأعضاء الحيوية (الرئة والكلى)
أولاً: المفاهيم والتفاعلات الكيميائية الأساسية
استناداً إلى النص، ما هو نطاق الرقم الهيدروجيني الطبيعي للدم؟ وما هو المحلول المنظم الأهم فيه؟ مع كتابة معادلات التأين الكيميائية الممثلة لذلك.
الإجابة النموذجية:
- نطاق الرقم الهيدروجيني: يحافظ الدم على قيمة \( \text{pH} \) في نطاق ضيق جداً يتراوح بين (\( 7.35 - 7.45 \)). أي زيادة عن 7.8 أو انخفاض عن 6.8 يؤدي لاختلال النظام الحيوي وقد يسبب الوفاة.
- المحلول المنظم الأهم: هو نظام حمض الكربونيك وقاعدته المرافقة (أيون البيكربونات) \( \text{H}_2\text{CO}_3 / \text{HCO}_3^- \).
- المعادلات الكيميائية:
معادلة تأين حمض الكربونيك في الدم:
\( \text{H}_2\text{CO}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCO}_3^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq) \)
معادلة تفاعل غاز ثاني أكسيد الكربون مع الماء في الدم لتكوين الحمض:
\( \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3(aq) \)
ثانياً: آلية عمل المحلول المنظم (تأثير الجهد البدني)
ماذا يحدث كيميائياً في دم الإنسان عند ممارسة أنشطة بدنية تزيد من معدل التنفس اللاهوائي؟ وكيف يقاوم الدم التغير في تركيز أيونات الهيدرونيوم \( \text{H}_3\text{O}^+ \)؟
الإجابة النموذجية:
- تأثير المجهود البدني: تؤدي زيادة الأنشطة البدنية إلى زيادة إنتاج ثاني أكسيد الكربون \( \text{CO}_2 \) في الخلايا. يندفع هذا الغاز إلى الدم ويتفاعل مع الماء، مما يؤدي إلى زيادة تركيز حمض الكربونيك \( \text{H}_2\text{CO}_3 \) وبالتالي زيادة تركيز أيونات الهيدرونيوم \( \text{H}_3\text{O}^+ \).
- مقاومة التغير (إزاحة الاتزان): وفقاً لمبدأ لوتشاتيليه، عند زيادة تركيز أيونات \( \text{H}_3\text{O}^+ \)، يعمل المحلول المنظم على التخلص من هذه الزيادة من خلال إزاحة موضع الاتزان نحو اليسار (نحو تكوين حمض الكربونيك \( \text{H}_2\text{CO}_3 \)).
- النتيجة: يزداد تركيز حمض الكربونيك في الدم، ويقل تركيز أيونات البيكربونات \( \text{HCO}_3^- \) (لأنها تُستهلك في التفاعل مع الزيادة من \( \text{H}_3\text{O}^+ \))، مما يساعد في إبقاء تركيز \( \text{H}_3\text{O}^+ \) ثابتاً نسبياً.
ثالثاً: دور الأعضاء الحيوية (الرئة والكلى)
قارن بين دور كل من الكلى والرئة في عملية ضبط الرقم الهيدروجيني للدم والحفاظ على فعالية المحلول المنظم.
الإجابة النموذجية:
- دور الكلى (ضبط القاعدية): تعمل الكلى على ضبط تركيز أيونات البيكربونات \( \text{HCO}_3^- \) (زيادةً أو نقصاناً). فعندما يقل تركيز هذه الأيونات بسبب تفاعلها مع الحمض الزائد، تُحفَّز الكلى لإنتاج أيونات \( \text{HCO}_3^- \) جديدة لتعويض النقص في تركيزها بالدم.
- دور الرئة (ضبط الحمضية): تعمل الرئة على ضبط تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون \( \text{CO}_2 \) وحمض الكربونيك \( \text{H}_2\text{CO}_3 \). حيث تقوم الرئة بامتصاص الزيادة من حمض الكربونيك، والذي يتفكك فيها إلى ثاني أكسيد الكربون \( \text{CO}_2 \) وبخار ماء \( \text{H}_2\text{O} \)، ليتم التخلص منهما خارج الجسم عن طريق عملية الزفير (التنفس).
- الخلاصة: يستمر موضع الاتزان بالانزياح نحو اليسار لامتصاص أيونات الهيدرونيوم، ونحو اليمين لتعويض المستهلك، بفضل التكامل العظيم بين عمل الرئتين في طرد الغاز وعمل الكليتين في موازنة الأيونات.
