Характеристики, приготування і приклади буферних розчинів



The буферні розчини або буфери - це ті, які можуть знижувати зміни рН внаслідок іонів Н3O+ і OH-. За відсутності цих, деякі системи (такі як фізіологічні) порушуються, оскільки їхні компоненти дуже чутливі до раптових змін рН.

Так само, як амортизатори в автомобілях зменшують вплив, викликаний їхнім рухом, буфери роблять те ж саме, але з кислотністю або основністю рішення. Більш того, буферні розчини встановлюють певний діапазон pH, в межах якого вони є ефективними.

В іншому випадку іони Н3O+ підкислюють розчин (рН падає до значення нижче 6), що призводить до можливих змін у виконанні реакції. Той же приклад може застосовуватися для основних значень рН, тобто більше 7.

Індекс

  • 1 Характеристики
    • 1.1 Склад
    • 1.2 Нейтралізувати як кислоти, так і основи
    • 1.3 Ефективність
  • 2 Підготовка
  • 3 Приклади
  • 4 Посилання

Особливості

Композиція

По суті вони складаються з кислоти (HA) або слабкої основи (B), а також солей її основних або кислотних кон'югатів. Отже, існують два типи: кислотні буфери і лужні буфери.

Кислотні буфери відповідають HA / A парі-, де А- є сполученою основою слабкої кислоти ГА і взаємодіє з іонами -такими, як Na+- утворюють натрієві солі. Таким чином, пара залишається як HA / NaA, хоча вона також може бути солями калію або кальцію.

При виведенні з слабкої кислоти ГА вона знижує діапазони кислот рН (менше 7) за наступним рівнянням:

HA + OH- => A- + H2O

Однак, будучи слабкою кислотою, її кон'югована основа частково гідролізується для регенерації частини споживаної ГК:

A- + H2O <=> HA + OH-

З іншого боку, лужні буфери складаються з пари B / HB+, де НВ+ являє собою кон'югат кислоти слабкої основи. Як правило, НВ+ утворює солі з хлорид-іонами, залишаючи пару як B / HBCl. Ці буфери буферів основних діапазонів рН (більше 7):

B + H3O+ => НВ+ + H2O

І, знову ж таки, НВ+ може частково гідролізуватися для регенерації частини споживаної B:

HB+ + H2O <=> B + H3O+

Нейтралізують як кислоти, так і основи

Хоча кислотні буфери буферів рН кислот і лужні буфери рН, обидва можуть реагувати з іонами Н3O+ і OH- через ці серії хімічних рівнянь:

A- + H3O+ => HA + H2O

HB+ + OH- => B + H2O

Таким чином, у випадку пари HA / A-, HA реагує з іонами OH-, в той час як A- -його спряжене підстава - реагує з Н3O+. Що стосується пари B / HB+, В реагує з іонами Н3O+, а HB+ -його кон'югованої кислоти з OH-.

Це дозволяє як буферні розчини нейтралізувати як кислі, так і основні види. Результат вищевикладеного порівняно з, наприклад, постійним додаванням OH молей-, - зменшення зміни рН (ΔpH):

Верхнє зображення показує буферизацію рН проти сильного підстави (донора ОН)-).

Спочатку рН є кислотою внаслідок присутності ГК. Коли додається сильна основа, утворюються перші молі А- і буфер починає діяти.

Однак існує область кривої, де нахил менш крутий; тобто, де демпфірування є більш ефективним (блакитна рамка).

Ефективність

Існує кілька способів зрозуміти концепцію ефективності буфера. Одним з них є визначення другої похідної кривої рН у порівнянні з базовим об'ємом, очищення V для мінімального значення, яке є Veq / 2.

Veq - об'єм у точці еквівалентності; це основний обсяг, необхідний для нейтралізації всієї кислоти.

Інший спосіб зрозуміти це через відоме рівняння Хендерсона-Хассельбаха:

рН = pKa + журнал ([B] / [A])

Тут B позначає підставу, A - кислоту і pKa це найнижчий логарифм константи кислотності. Це рівняння стосується як кислотних видів HA, так і кон'югованої кислоти HB+.

Якщо [A] дуже великий по відношенню до [B], log () приймає дуже негативне значення, яке віднімається від pKa. Якщо навпаки [A] дуже малий по відношенню до [B], значення log () приймає дуже позитивне значення, яке додає до pKa. Однак, коли [A] = [B], log () дорівнює 0 і рН = pKa.

Що означає все вищезазначене? Те, що ΔpH буде більше в екстремалах, що розглядаються для рівняння, тоді як він буде меншим з рН, рівним pKa; і як pKa характеристика кожної кислоти, це значення визначає діапазон pKa± 1.

Значення рН в цьому діапазоні є тими, в яких буфер є більш ефективним.

Підготовка

Для приготування буферного розчину необхідно мати на увазі наступні етапи:

- Знати необхідний рН і, отже, той, який потрібно зберігати настільки постійним, наскільки це можливо під час реакції або процесу.

- Знаючи рН, шукаємо всі слабкі кислоти, ті, у яких pKa ближче до цього значення.

- Після вибору видів HA і розрахунку концентрації буфера (залежно від того, яку кількість бази або кислоти потрібно нейтралізувати) необхідну кількість його натрієвої солі зважують.

Приклади

Оцтова кислота має pKa 4,75, CH3COOH; Отже, суміш певних кількостей цієї кислоти і ацетату натрію, СН3COONa, утворюють буфер, який ефективно поглинає в діапазоні рН (3.75-5.75).

Іншими прикладами монопротонних кислот є бензойні кислоти (С6H5COOH) і мурашину (HCOOH). Для кожного з цих pK значенняa їх 4,18 і 3,68; тому їх діапазони рН більш високої буферизації складають (3.18-5.18) і (2.68-4.68).

З іншого боку, поліпротичні кислоти, такі як фосфорна (H3PO4) і вуглекислий (Н2CO3) мають стільки значень pKa як протони можуть звільняти. Отже, H3PO4 Вона має три п.к.a (2.12, 7.21 і 12.67) і Н2CO3 має два (6,352 і 10,329).

Якщо ви хочете підтримувати рН 3 у розчині, ви можете вибрати між буфером HCOONa / HCOOH (pK)a= 3,68) і NaH2PO4/ H3PO4 (pKa= 2.12).

Перший буфер, такий як мурашина кислота, ближче до рН 3, ніж буфер фосфорної кислоти; таким чином, HCOONa / HCOOH краще гасить при рН 3, ніж NaH2PO4/ H3PO4.

Список літератури

  1. Day, R., & Underwood, A. Кількісна аналітична хімія (п'ята редакція). PEARSON Prentice Hall, стор 188-194.
  2. Авсар Арас. (20 квітня 2013 року). Міні-шоки Отримано 9 травня 2018 року від: commons.wikimedia.org
  3. Вікіпедія. (2018). Буферний розчин. Отримано 9 травня 2018 року з: en.wikipedia.org
  4. Доц. Проф. Любомир Македонський, к.т.н. [Док.] Буферні розчини. Варненський медичний університет.
  5. Chem Collective. Підручники з буфера. Отримано 9 травня 2018 р. З: chemcollective.org
  6. ініціанти. (2018). Буферний розчин. Отримано 9 травня 2018 року з: askiitians.com
  7. Quimicas.net (2018). Приклади амортизаторів, буферних або буферних розчинів. Отримано 9 травня 2018 р. З: quimicas.net