Te roztwory buforowe lub roztwory buforowe są te, które mogą zmniejszyć zmiany wartości pH na skutek obecności jonów H 3 O + i OH - . W przypadku ich braku, niektóre układy (np. Fizjologiczne) ulegają uszkodzeniu, ponieważ ich składniki są bardzo wrażliwe na nagłe zmiany pH.
Tak jak amortyzatory w samochodach zmniejszają uderzenia spowodowane ich ruchem, tak zderzaki robią to samo, ale z kwasowością lub zasadowością roztworu. Ponadto bufory ustalają określony zakres pH, w którym są skuteczne.
W przeciwnym razie jony H 3 O + zakwaszą roztwór (pH spadnie do wartości poniżej 6), co może spowodować zmianę przebiegu reakcji. Ten sam przykład można zastosować dla podstawowych wartości pH, to jest powyżej 7.
cechy
Kompozycja
Zasadniczo składają się z kwasu (HA) lub słabej zasady (B) oraz soli ich sprzężonej zasady lub kwasu. W konsekwencji istnieją dwa typy: bufory kwasowe i bufory alkaliczne.
Bufory kwasowe odpowiadają parze HA / A - , gdzie A - jest sprzężoną zasadą słabego kwasowego HA i oddziałuje z jonami - takimi jak Na + - tworząc sole sodowe. W ten sposób para pozostaje HA / NaA, chociaż mogą to być również sole potasu lub wapnia.
Pochodzi ze słabo kwasowego HA, buforuje kwaśne zakresy pH (poniżej 7) zgodnie z następującym równaniem:
HA + OH - => A - + H 2 O
Jednak będąc słabym kwasem, jego sprzężona zasada jest częściowo hydrolizowana w celu regeneracji części zużytego HA:
A - + H 2 O <=> HA + OH -
Z drugiej strony, bufory alkaliczne składają się z pary B / HB + , gdzie HB + jest sprzężonym kwasem słabej zasady. Generalnie HB + tworzy sole z jonami chlorkowymi, pozostawiając parę jako B / HBCl. Te bufory buforują podstawowe zakresy pH (powyżej 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
I znowu HB + można częściowo zhydrolizować, aby zregenerować część zużytego B:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Neutralizują zarówno kwasy, jak i zasady
Podczas gdy kwaśne bufory buforują kwaśne pH i zasadowe pH zasadowe, oba mogą reagować z jonami H 3 O + i OH - poprzez następujące serie równań chemicznych:
A - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Zatem w przypadku pary HA / A - HA reaguje z jonami OH - , podczas gdy A - jego sprzężona zasada- reaguje z H 3 O + . Jeśli chodzi o parę B / HB + , B reaguje z jonami H 3 O + , a HB + - jego sprzężony kwas - z OH - .
Dzięki temu oba bufory neutralizują zarówno kwaśne, jak i zasadowe gatunki. Wynikiem powyższego w porównaniu np. Ze stałym dodatkiem moli OH - , jest zmniejszenie zmienności pH (ΔpH):
Powyższe pokazuje obraz bufor pH wobec silnej zasady (OH - dawcy ).
Początkowo pH jest kwaśne z powodu obecności HA. Po dodaniu silnej zasady powstają pierwsze mole A - i bufor zaczyna działać.
Istnieje jednak obszar krzywej, w którym nachylenie jest mniej strome; to znaczy tam, gdzie tłumienie jest bardziej wydajne (niebieskawe pudełko).
Wydajność
Istnieje kilka sposobów zrozumienia pojęcia skuteczności tłumienia. Jednym z nich jest wyznaczenie drugiej pochodnej krzywej pH w funkcji objętości zasady, rozwiązując V dla minimalnej wartości, która jest Veq / 2.
Veq jest objętością w punkcie równoważności; To jest objętość zasady potrzebna do zneutralizowania całego kwasu.
Innym sposobem zrozumienia tego jest słynne równanie Hendersona-Hasselbalcha:
pH = pK a + log (/)
Tutaj B oznacza zasadę, A oznacza kwas, a pK a jest najmniejszym logarytmem stałej kwasowej. To równanie ma zastosowanie zarówno do kwaśnych gatunków HA, jak i do sprzężonego kwasu HB + .
Jeśli jest bardzo duży w odniesieniu do, log () przyjmuje bardzo ujemną wartość, którą odejmuje się od pK a . Z drugiej strony, jeśli jest ona bardzo mała, to wartość log () przyjmuje bardzo dodatnią wartość, którą dodaje się do pK a . Jednak gdy =, log () wynosi 0, a pH = pK a .
Co to wszystko oznacza? Że ΔpH będzie większe w ekstremach rozważanych w równaniu, podczas gdy będzie minimalne przy pH równym pK a ; a ponieważ pK a jest charakterystyczne dla każdego kwasu, wartość ta określa zakres pK a ± 1.
Wartości pH w tym zakresie to takie, w których bufor jest najbardziej skuteczny.
Przygotowanie
Aby przygotować roztwór buforowy, należy pamiętać o następujących krokach:
- Poznaj wymagane pH, a zatem takie, które chcesz utrzymać na jak stałym poziomie podczas reakcji lub procesu.
- Znając pH, wśród wszystkich słabych kwasów szuka się takich, których pK a jest bliższe tej wartości.
- Po wybraniu gatunku HA i obliczeniu stężenia buforu (w zależności od tego, ile zasady lub kwasu należy zneutralizować), waży się niezbędną ilość jego soli sodowej.
Przykłady
Kwas octowy ma pKa A 4,75, CH 3, COOH; Dlatego też mieszanina określonych ilości tego kwasu i octanu sodu CH 3 COONa tworzy bufor skutecznie buforujący w zakresie pH (3,75-5,75).
Inne przykłady kwasów monoprotonowych to benzoesowy (C 6 H 5 COOH) i mrówkowy (HCOOH). Dla każdej z tych wartości pK a wynoszą 4,18 i 3,68; dlatego jego zakresy pH z najwyższym buforowaniem to (3,18-5,18) i (2,68-4,68).
Ponadto polyprotic kwasy, takie jak kwas fosforowy (H 3 PO 4 ) i węgla (H 2 CO 3 ) mają wiele wartości pK dla jako protonowej mogą być zwolnione. Tak więc, H 3 PO 4 ma trzy pKa (2,12, 7,21 i 12,67) i H 2 CO 3 ma dwa (6.352 a 10.329).
Jeśli chcesz utrzymać pH 3 w roztworze, możesz wybrać pomiędzy buforami HCOONa / HCOOH (pK a = 3,68) i NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2,12).
Pierwszy bufor, kwas mrówkowy, ma pH bliższe 3 niż bufor kwasu fosforowego; dlatego HCOONa / HCOOH buforuje lepiej przy pH 3 niż NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .
Bibliografia
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (wyd. 5). PEARSON Prentice Hall, str. 188–194.
- Avsar Aras. (20 kwietnia 2013). Mini wstrząsy. Pobrane 9 maja 2018 z: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Roztwór buforowy. Pobrane 9 maja 2018 z: en.wikipedia.org
- Doc. Prof. Dr hab. Lubomir Makedonski. . Roztwory buforowe. Uniwersytet Medyczny w Warnie.
- Chem Collective. Samouczki dotyczące buforów. Pobrane 9 maja 2018 z: chemcollective.org
- pytani. (2018). Roztwór buforowy. Pobrane 9 maja 2018 r.Z: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Przykłady buforów, buforów lub roztworów buforowych. Pobrane 9 maja 2018 r.Z: quimicas.net