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Nernst-Verteilungsgesetz

nach Walther Nernst (1864 bis 1941), deutscher Physiker und Chemiker
Synonym: Nernst'sches Verteilungsgesetz
Englisch: Nernst's distribution law, distribution law

1 Definition

Das Nernst-Verteilungsgesetz ist ein physikalisches Gesetz, welches das Verteilungsverhältnis eines bestimmten Stoffes in einem mehrphasigen Gemisch (z.B. gasförmige und flüssige Phase) beschreibt.

2 Hintergrund

Das Nernst'sche Verteilungsgesetz lässt sich am einfachsten anhand eines Beispiels erklären: Man betrachte ein Lösungsmittel, das nach Umschütteln zwei Phasen gebildet hat. Es entstehen somit eine Ober- und eine Unterphase (z.B. Hexan/Wasser). Fügt man diesem zweiphasigen System einen Stoff A hinzu (löslich in beiden Lösungsmitteln) und schüttelt das Gemisch anschließend, so wird sich A zwischen den beiden Phasen verteilen. An den entstandenen Grenzflächen der verschiedenen Phasen wechseln einzelne Moleküle von A aus der Oberphase in die Unterphase (und umgekehrt, reversibler Stofftransport). Nach einer bestimmten Zeit stellt sich ein Verteilungsgleichgewicht ein. Bei einer gegebenen Temperatur ist das Verhältnis der Konzentrationen des Stoffes, der sich zwischen zwei Phasen verteilt, konstant.

3 Gleichung

Nernst-Verteilungsgesetz:
[A] (Oberphase) ÷ [A] (Unterphase) = K
oder
cA (Oberphase) ÷ cA (Unterphase) = K
K = Verteilungskoeffizient
[A], cA = Konzentration des Stoffes A (in mol/L oder g/L)

4 Beispiel

  • Fügt man einen Stoff C dem Gemisch Diethylether/Wasser bei und weist dieser bei der Verteilung den Wert K = 3 auf, so bedeutet das, dass bei gleichen Volumina (der Phasen), sich 3 Teile (= 75%) von Stoff C in der Oberphase (Ether) und 1 Teil (= 25%) in der Unterphase (Wasser) befindet. Somit kann behauptet werden, dass Stoff C eher lipophil ist, da Ether ein lipophileres Lösungsmittel als Wasser ist.
  • Weist ein anderer Stoff B einen Verteilungskoeffizient K = 0,33 auf, so kehrt sich die Verteilung dementsprechend um (25% Oberphase, 75% Unterphase) - der Stoff ist eher hydrophil.

5 Klinik

Arzneistoffe, die gezielt auf das Nervensystem wirken sollen, müssen ausreichend lipophil sein. Diese Eigenschaft alleine reicht jedoch nicht aus - sie müssen zugleich auch hydrophile Anteile aufweisen können, da sie nur über die Blutbahn an den Wirkort gelangen können. Es muss die sog. Blut-Hirn-Schranke überwunden werden, die in Form eines bestimmten Gewebes (Glia, Kapillarendothel) zwischen Blutgefäßen und Nervenzellen den Austausch von Stoffen einschränkt oder gar ganz verhindert. Als Beispiel können hier Narkosemittel erwähnt werden: Diese überwinden die eben genannte Schranke (gezielt), sodass für die Wirkung dann der Verteilungskoeffizient zwischen neuronalen Membranen und dem umgebenden Liquorraum bedeutsam ist.

Derartige Verteilungsvorgänge können auch negative Auswirkungen haben. Zahlreiche der eingesetzten lipophilen Insektizide basieren auf chlorierten Kohlenwasserstoffe (CKWs), wie etwa DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) und Lindan und haben sich so weltweit in der Biosphäre verteilt. Solche toxischen Stoffe reichern sich über die Nahrungskette "Pflanze → Tier → Mensch" auch im Fettgewebe des Menschen an und verweilten dort über Jahre hinweg, da ihre biologische Halbwertszeit lang ist. Manche Gegenden der Erde weisen z.T. schon CKW-Konzentrationen in der Muttermilch auf, die für Säuglinge bedenklich sind.

6 Literatur

  • "Chemie für Mediziner" - A. Zeeck et. al., Urban & Fischer-Verlag, 7. Auflage

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