Buferu šķīdumu raksturojums, sagatavošana un piemēri

The buferšķīdumus vai buferi ir tie, kas var samazināt pH izmaiņas sakarā ar H joniem₃O⁺ un OH^-. Ja to nav, dažas sistēmas (piemēram, fizioloģiskas) ir traucētas, jo to sastāvdaļas ir ļoti jutīgas pret pēkšņām pH izmaiņām..

Tāpat kā amortizatori automašīnās samazina to kustības izraisīto ietekmi, buferi dara to pašu, bet ar šķīduma skābumu vai bāziskumu. Turklāt buferšķīdumi rada īpašu pH diapazonu, kurā tie ir efektīvi.

Pretējā gadījumā H joni₃O⁺ paskābina šķīdumu (pH samazinās līdz vērtībām, kas ir zemākas par 6), kā rezultātā var mainīties reakcija. Tas pats piemērs var attiekties uz pamata pH vērtībām, ti, lielākām par 7.

Indekss

• 1 Raksturojums
  • 1.1 Sastāvs
  • 1.2 Neitralizēt gan skābes, gan bāzes
  • 1.3. Efektivitāte
• 2 Sagatavošana
• 3 Piemēri
• 4 Atsauces

Funkcijas

Sastāvs

Būtībā tie sastāv no skābes (HA) vai vājas bāzes (B) un tā bāzes vai skābes konjugātu sāļiem. Līdz ar to ir divi veidi: skābes buferi un sārmaini buferi.

Skābes buferi atbilst HA / A pārim^-, kur A^- ir vāja skābes HA konjugāta bāze un mijiedarbojas ar joniem, piemēram, Na⁺- veidot nātrija sāļus. Tādā veidā pāris paliek kā HA / NaA, lai gan tas var būt arī kālija vai kalcija sāļi.

Saņemot no vājas skābes HA, tā mitrina skābes pH diapazonu (mazāku par 7) saskaņā ar šādu vienādojumu:

HA + OH^- => A^- + H₂O

Tomēr, tā kā tā ir vāja skābe, tā konjugāta bāze daļēji hidrolizējas, lai atjaunotu daļu patērētā HA:

A^- + H₂O <=> HA + OH^-

No otras puses, sārmaini buferi sastāv no pāris B / HB⁺, kur HB⁺ ir vājas bāzes konjugāta skābe. Parasti HB⁺ veido sāļus ar hlorīda joniem, atstājot pāri kā B / HBCl. Šie buferi bufera pamata pH diapazonus (lielākus par 7):

B + H₃O⁺ => HB⁺ + H₂O

Un atkal, HB⁺ var daļēji hidrolizēties, lai atjaunotu daļu no patērētās B:

HB⁺ + H₂O <=> B + H₃O⁺

Neitralizējiet gan skābes, gan bāzes

Savukārt skābes bufera pH skābes un sārmainās pH buferi, abi var reaģēt ar H joniem₃O⁺ un OH^- izmantojot šīs ķīmisko vienādojumu sērijas:

A^- + H₃O⁺ => HA + H₂O

HB⁺ + OH^- => B + H₂O

Šādā veidā pārī HA / A^-, HA reaģē ar OH joniem^-, kamēr A^- -tās konjugāta bāze - reaģē ar H₃O⁺. Kā pāris B / HB⁺, B reaģē ar H joniem₃O⁺, kamēr HB⁺ -tās konjugētā skābe ar OH^-.

Tas ļauj abiem buferšķīdumiem neitralizēt gan skābās, gan pamata sugas. Iepriekš minētā rezultāts, piemēram, pastāvīga OH molu pievienošana^-, ir pH izmaiņas samazināšanās (ΔpH):

Augšējais attēls parāda pH buferizāciju pret spēcīgu bāzi (OH donors).^-).

Sākotnēji pH ir skābe HA klātbūtnes dēļ. Ja pievieno stipro bāzi, veidojas pirmie A moli^- un buferis sāk darboties.

Tomēr ir līknes laukums, kur slīpums ir mazāks par stāvu; tas ir, ja amortizācija ir efektīvāka (zilganais rāmis).

Efektivitāte

Ir vairāki veidi, kā izprast bufera efektivitātes jēdzienu. Viens no tiem ir noteikt pH līknes otro atvasinājumu, salīdzinot ar bāzes tilpumu, notīrot V minimālo vērtību, kas ir Veq / 2.

Veq ir tilpums ekvivalences punktā; tas ir bāzes tilpums, kas nepieciešams, lai neitralizētu visu skābi.

Vēl viens veids, kā to saprast, ir slavenais Hendersona-Hasselbalča vienādojums:

pH = pK_a + žurnāls ([B] / [A])

Šeit B apzīmē bāzi, A skābi un pK_a tas ir zemākais skābuma konstantes logaritms. Šis vienādojums attiecas gan uz skābi HA, gan konjugēto skābi HB⁺.

Ja [A] ir ļoti liels attiecībā pret [B], žurnālam () ir ļoti negatīva vērtība, kas tiek atņemta no pK_a. Ja pretēji [A] attiecībā pret [B] ir ļoti mazs, log () vērtība ir ļoti pozitīva, kas palielina pK_a. Tomēr, ja [A] = [B], log () ir 0 un pH = pK_a.

Ko nozīmē visi iepriekš minētie? Tas, ka ΔpH būs lielāks galējās robežās, kas tiek ņemtas vērā vienādojumā, kamēr tas būs mazāks ar pH, kas ir vienāds ar pK_a; un kā pK_a katrai skābei raksturīga, šī vērtība nosaka diapazonu pK_a± 1.

PH vērtības šajā diapazonā ir tās, kurās buferis ir efektīvāks.

Sagatavošana

Lai sagatavotu buferšķīdumu, ir jāpatur prātā šādas darbības:

- Uzziniet nepieciešamo pH līmeni un tādējādi to, kuru vēlaties, lai reakcijas vai procesa laikā pēc iespējas nemainītu.

- Zinot pH, mēs meklējam visas vājas skābes, kuru pK_a ir tuvāk šai vērtībai.

- Pēc tam, kad ir izvēlēta HA suga un aprēķināta buferšķīduma koncentrācija (atkarībā no tā, cik daudz bāzes vai skābes ir nepieciešams neitralizēt), nosver vajadzīgo nātrija sāls daudzumu..

Piemēri

Etiķskābei ir pK_a 4,75, CH₃COOH; Tāpēc dažu šī skābes un nātrija acetāta daudzumu CH₃COONa veido buferi, kas efektīvi absorbē pH diapazonā (3.75-5.75).

Citi monoprotisko skābju piemēri ir benzoskābes (C)₆H₅COOH) un skudrskābe (HCOOH). Katram no šiem tās pK vērtības_a tie ir 4.18 un 3.68; tāpēc to augstākās buferizācijas pH diapazoni ir (3,18-5,18) un (2,68-4,68).

No otras puses, poliprotīnskābes, piemēram, fosforskābe (H₃PO₄) un oglekļa (H₂CO₃) ir tik daudz pK vērtību_a protoni var atbrīvoties. Tātad, H₃PO₄ Tai ir trīs pK_a (2.12, 7.21 un 12.67) un H₂CO₃ ir divi (6,352 un 10,329).

Ja risinājumā vēlaties saglabāt pH 3, varat izvēlēties starp HCOONa / HCOOH buferi (pK_a= 3,68) un NaH₂PO₄/ H₃PO₄ (pK_a= 2,12).

Pirmais buferšķīdums, skudrskābes, ir tuvāks pH 3, nekā fosforskābes buferis; līdz ar to HCOONa / HCOOH labāk mitrina pie pH 3 nekā NaH₂PO₄/ H₃PO₄.

Atsauces

1. Diena, R., un Underwood, A. Kvantitatīvā analītiskā ķīmija (piektā redakcija). PEARSON Prentice zāle, 188-194.
2. Avsar Aras. (2013. gada 20. aprīlis). Mini šoki Saturs iegūts 2018. gada 9. maijā no: commons.wikimedia.org
3. Vikipēdija. (2018). Buferšķīdums. Saturs iegūts 2018. gada 9. maijā no: en.wikipedia.org
4. Asoc. Prof. Lubomir Makedonski, PhD. [Doc.] Buferšķīdumi. Varnas medicīnas universitāte.
5. Chem Collective. Bufera konsultācijas. Saturs iegūts 2018. gada 9. maijā no: chemcollective.org
6. AskIITians. (2018). Buferšķīdums. Saturs iegūts 2018. gada 9. maijā, no: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Amortizatora, bufera vai buferšķīdumu piemēri. Saturs iegūts 2018. gada 9. maijā no: quimicas.net