The buferšķīdumi vai buferi ir tie, kas var samazināt izmaiņas pH dēļ joni H 3 O + un OH - . Ja tādu nav, tiek nodarīts kaitējums dažām sistēmām (piemēram, fizioloģiskām), jo to komponenti ir ļoti jutīgi pret pēkšņām pH izmaiņām.
Tieši tāpat kā automašīnu amortizatori samazina to kustības radīto triecienu, buferi rīkojas tāpat, bet ar šķīduma skābumu vai sārmainību. Turklāt buferi nosaka īpašu pH diapazonu, kurā tie ir efektīvi.
Pretējā gadījumā H 3 O + joni paskābina šķīdumu (pH nokrītas līdz vērtībām zem 6), kā rezultātā var mainīties reakcijas veiktspēja. To pašu piemēru var izmantot pamata pH vērtībām, tas ir, vairāk nekā 7.
raksturojums
Sastāvs
Tās galvenokārt sastāv no skābes (HA) vai vājas bāzes (B), kā arī no to konjugētās bāzes vai skābes sāļiem. Līdz ar to ir divi veidi: skābes buferi un sārma buferi.
Acid buferi atbilst ha / a - pāri , kur A - ir konjugātu bāze vāju skābju HA un mijiedarbojas ar joniem - piemēram, Na + -, lai veidotu nātrija sāļus. Šādā veidā pāris paliek kā HA / NaA, lai arī tie var būt arī kālija vai kalcija sāļi.
Atvasināts no vāji skābes HA, tas buferizē skābu pH diapazonu (mazāk nekā 7) saskaņā ar šādu vienādojumu:
HA + OH - => Ir - + H 2 O
Tā kā tā ir vāja skābe, tās konjugētā bāze tiek daļēji hidrolizēta, lai reģenerētu daļu patērētā HA:
A - + H 2 O <=> HA + OH -
No otras puses, sārma buferi sastāv no B / HB + pāra , kur HB + ir vājās bāzes konjugētā skābe. Parasti HB + veido sāļus ar hlorīda joniem, atstājot pāri kā B / HBCl. Šie buferšķīduma buferšķīduma pH diapazoni (lielāki par 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
Un atkal, HB + var daļēji hidrolizēt, lai reģenerētu daļu patērētā B:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Tie neitralizē gan skābes, gan bāzes
Kaut arī skābās buferi bufera skābu pH un sārmainā buferšķīdums ar pH vērtību pamata, abi var reaģēt ar H 3 O + un OH - joni caur šīm sērijām ķīmisko vienādojumu:
A - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Tādējādi HA / A - pāra gadījumā HA reaģē ar OH - joniem , bet A - konjugētā bāze - reaģē ar H 3 O + . Kas attiecas uz B / HB + pāri , B reaģē ar H 3 O + joniem , bet HB + - tā konjugētā skābe - ar OH - .
Tas ļauj abiem buferiem neitralizēt gan skābās, gan bāzes sugas. Rezultātā no iepriekš, salīdzinot ar, piemēram, pastāvīgu pievienojot moliem OH - , ir samazinājums variācijai pH (ΔpH):
Attēlā parādīts pH buferis pret spēcīgu bāzi (OH - donors ).
Sākotnēji pH ir skābs HA klātbūtnes dēļ. Kad tiek pievienota spēcīgā bāze, veidojas pirmie A moli - un sāk darboties buferšķīdums.
Tomēr ir kāds līknes laukums, kurā slīpums ir mazāk stāvs; tas ir, kur slāpēšana ir efektīvāka (zilgana kaste).
Efektivitāte
Ir vairāki veidi, kā izprast amortizācijas efektivitātes jēdzienu. Viens no tiem ir noteikt līknes pH otro atvasinājumu attiecībā pret bāzes tilpumu, risinot V par minimālo vērtību, kas ir Veq / 2.
Veq ir tilpums ekvivalences punktā; Tas ir bāzes daudzums, kas nepieciešams, lai neitralizētu visu skābi.
Vēl viens veids, kā to saprast, ir caur slaveno Hendersona-Haselbalča vienādojumu:
pH = pK + log (/)
Šeit B apzīmē pamatnes, skābi, un pK ir mazākais logaritms no skābes konstante. Šis vienādojums attiecas gan uz skābām sugām HA, gan uz konjugēto skābi HB + .
Ja tā ir ļoti liela attiecībā pret, tad log () nepieciešami ļoti negatīvu vērtību, kuras atskaitītas no PK ar . Ja, no otras puses, tas ir ļoti mazs attiecībā pret vērtība log () nepieciešami ļoti pozitīvu vērtību, kas tiek pievienots PK ar . Tomēr, kad =, log () ir 0, un pH = PK .
Ko nozīmē viss iepriekš minētais? Ka ΔpH būs lielāks galējībām uzskata par vienādojumu, bet tas būs vismaz ar pH ir vienāds ar PK ar ; un kā PK ir raksturīgas katram skābes, šī vērtība nosaka diapazonu pKa ± 1.
Šajā diapazonā pH vērtības ir tās, kurās buferis ir visefektīvākais.
Sagatavošana
Lai sagatavotu buferšķīdumu, jāpatur prātā šādas darbības:
- Ziniet nepieciešamo pH līmeni un līdz ar to to, kuru vēlaties reakcijas vai procesa laikā saglabāt pēc iespējas nemainīgāku.
- Zinot pH, viens meklē starp visiem vājām skābēm, tie, kuru pKa ir tuvāk šo vērtību.
- Kad ir izvēlētas HA sugas un aprēķināta bufera koncentrācija (atkarībā no tā, cik daudz bāzes vai skābes nepieciešams neitralizēt), nosver nepieciešamo tās nātrija sāls daudzumu.
Piemēri
Etiķskābes pKa ir 4,75, CH 3 COOH; Tādēļ, maisījums noteiktajām daudzums šīs skābes un nātrija acetāta, CH 3 COONa, veido buferi, kas efektīvi buferi pH (3.75-5.75).
Citi monoprotisko skābju piemēri ir benzoskābes (C 6 H 5 COOH) un skudrskābes (HCOOH). Par katru no šīm vērtībām PK ir 4.18 un 3,68; tāpēc tā pH diapazoni ar visaugstāko buferšķīdumu ir (3,18–5,18) un (2,68–4,68).
Turklāt poliprotiskajām skābēm, piemēram, fosforskābei (H 3 PO 4 ) un ogleklim (H 2 CO 3 ), ir daudz pK vērtību, lai protons varētu atbrīvoties. Tādējādi, H 3 PO 4 ir trīs pK (2.12, 7.21 un 12.67) un H 2 CO 3 ir divi (6.352 un 10.329).
Ja vēlaties uzturēt pH 3 šķīdumā, varat izvēlēties starp buferiem HCOONa / HCOOH (pK a = 3,68) un NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2,12).
Pirmais buferskābes buferšķīdums ir tuvāk pH 3 nekā fosforskābes buferšķīdums; tāpēc HCOONa / HCOOH buferšķīdumi ir labāki pie pH 3 nekā NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .
Atsauces
- Day, R., & Underwood, A. Kvantitatīvā analītiskā ķīmija (5. izd.). PEARSON Prentice zāle, 188.-194.
- Avsar Aras. (2013. gada 20. aprīlis). Mini satricinājumi. Saņemts 2018. gada 9. maijā no: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Buferšķīdums. Saņemts 2018. gada 9. maijā no: en.wikipedia.org
- Asoc. Prof. Ļubomirs Makedonskis, PhD. . Buferšķīdumi. Varnas Medicīnas universitāte.
- Chem kolektīvs. Buferu pamācības. Saņemts 2018. gada 9. maijā no: chemcollective.org
- pajautāIITians. (2018). Buferšķīdums. Saņemts 2018. gada 9. maijā no: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Bufera, bufera vai buferšķīduma piemēri. Iegūts 2018. gada 9. maijā no: quimicas.net