В буферные растворы или буферы являются те , которые могут уменьшить изменения рН из - за ионов Н 3 О + и ОН - . В их отсутствие наносится вред некоторым системам (например, физиологическим), поскольку их компоненты очень чувствительны к резким изменениям pH.
Так же, как амортизаторы в автомобилях уменьшают удар, вызываемый их движением, буферы делают то же самое, но с кислотностью или основностью раствора. Кроме того, буферы устанавливают определенный диапазон pH, в котором они эффективны.
В противном случае ионы H 3 O + будут подкислять раствор (pH упадет до значений ниже 6), что приведет к возможному изменению характеристик реакции. Тот же пример можно применить для основных значений pH, то есть более 7.
характеристики
Сочинение
По существу, они состоят из кислоты (НА) или слабого основания (В) и солей их сопряженного основания или кислоты. Следовательно, есть два типа: кислотные буферы и щелочные буферы.
Кислотные буферы соответствуют паре HA / A - , где A - сопряженное основание слабой кислоты HA и взаимодействует с ионами, такими как Na +, с образованием солей натрия. Таким образом, пара остается как HA / NaA, хотя они также могут быть солями калия или кальция.
Полученный из слабокислой HA, он буферизует кислые диапазоны pH (менее 7) в соответствии со следующим уравнением:
НА + ОН - => А - + Н 2 О
Однако, будучи слабой кислотой, ее основание-конъюгат частично гидролизуется с регенерированием части потребленной ГК:
А - + Н 2 О <=> НА + ОН -
С другой стороны, щелочные буферы состоят из пары B / HB + , где HB + представляет собой сопряженную кислоту слабого основания. Обычно HB + образует соли с ионами хлора, оставляя пару B / HBCl. Эти буферы служат буфером для основных диапазонов pH (более 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
И снова HB + может быть частично гидролизован, чтобы регенерировать часть потребленного B:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Они нейтрализуют кислоты и основания.
В то время как кислотные буферы служат буфером для кислого pH и щелочного буфера с основным pH, оба они могут реагировать с ионами H 3 O + и OH - посредством следующих рядов химических уравнений:
А - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Таким образом, в случае пары HA / A - , HA реагирует с ионами OH - , в то время как A - его сопряженное основание - реагирует с H 3 O + . Что касается пары B / HB + , B реагирует с ионами H 3 O + , а HB + - его сопряженная кислота - с OH - .
Это позволяет обоим буферам нейтрализовать как кислые, так и основные вещества. Результатом вышеизложенного по сравнению, например, с постоянным добавлением молей OH - является уменьшение вариации pH (ΔpH):
Изображение выше показывает рН буфера против сильного основания (ОН - донор ).
Первоначально pH кислый из-за присутствия HA. Когда добавляется сильное основание, образуются первые моль A - и буфер начинает действовать.
Однако на кривой есть участок с менее крутым уклоном; то есть там, где демпфирование более эффективное (голубоватая коробка).
КПД
Есть несколько способов понять понятие эффективности демпфирования. Один из них состоит в том, чтобы определить вторую производную кривой pH в зависимости от объема основания, вычисляя V для минимального значения, равного Veq / 2.
Veq - объем в точке эквивалентности; Это объем основания, необходимый для нейтрализации всей кислоты.
Другой способ понять это - использовать известное уравнение Хендерсона-Хассельбаха:
pH = pK a + log (/)
Здесь B обозначает основание, A - кислоту, а pK a - наименьший логарифм кислотной постоянной. Это уравнение применимо как для кислых разновидностей НА, так и для конъюгированной кислоты HB + .
Если он очень велик по отношению к, log () принимает очень отрицательное значение, которое вычитается из pK a . Если, с другой стороны, оно очень мало по отношению к, значение log () принимает очень положительное значение, которое добавляется к pK a . Однако, когда =, log () равен 0, а pH = pK a .
Что все вышеперечисленное означает? Что ΔpH будет больше в крайних случаях, рассматриваемых для уравнения, в то время как оно будет минимальным при pH, равном pK a ; и поскольку pK a является характеристикой каждой кислоты, это значение определяет диапазон pK a ± 1.
Значения pH в этом диапазоне - это те, при которых буфер наиболее эффективен.
подготовка
При приготовлении буферного раствора следует помнить о следующих этапах:
- Знайте требуемый pH и, следовательно, тот, который вы хотите поддерживать как можно более постоянным во время реакции или процесса.
- Зная pH, среди всех слабых кислот ищутся те, у которых pK a ближе к этому значению.
- После выбора вида ГК и расчета концентрации буфера (в зависимости от того, сколько основания или кислоты необходимо нейтрализовать), взвешивается необходимое количество его натриевой соли.
Примеры
У уксусной кислоты pK a 4,75, CH 3 COOH; поэтому смесь определенных количеств этой кислоты и ацетата натрия, CH 3 COONa, образует буфер, который эффективно буферизует в диапазоне pH (3,75-5,75).
Другими примерами монопротонных кислот являются бензойная (C 6 H 5 COOH) и муравьиная (HCOOH) кислоты . Для каждого из этих значений pK a составляют 4,18 и 3,68; следовательно, его диапазоны pH с максимальной буферностью составляют (3,18–5,18) и (2,68–4,68).
Кроме того, полипротонные кислоты , такие как фосфорная кислота (Н 3 РО 4 ) и углерод (Н 2 СО 3 ) , имеют много значений рК в качестве протон может быть освобожден. Таким образом, H 3 PO 4 имеет три pK a (2,12, 7,21 и 12,67), а H 2 CO 3 имеет два (6,352 и 10,329).
Если вы хотите поддерживать в растворе pH 3, вы можете выбрать между буферами HCOONa / HCOOH (pK a = 3,68) и NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2,12).
Первый буфер, содержащий муравьиную кислоту, ближе к pH 3, чем буфер на основе фосфорной кислоты; следовательно, HCOONa / HCOOH буферизует лучше при pH 3, чем NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .
Ссылки
- Дэй Р. и Андервуд А. Количественная аналитическая химия (5-е изд.). ПИРСОН Прентис Холл, стр. 188-194.
- Авсар Арас. (20 апреля 2013 г.). Мини-шоки. Получено 9 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.
- Wikipedia. (2018). Буферный раствор. Получено 9 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
- Доц. Проф. Любомир Македонски, PhD. . Буферные растворы. Медицинский университет Варны.
- Chem Collective. Буфер учебники. Получено 9 мая 2018 г. с сайта chemcollective.org.
- спросите IITians. (2018). Буферный раствор. Получено 9 мая 2018 г. с сайта askiitians.com.
- Quimicas.net (2018). Примеры буферных, буферных или буферных растворов. Получено 9 мая 2018 г. с: quimicas.net.