БУФЕРНІ РІШЕННЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПІДГОТОВКА, ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

У буферні розчини або буфери є ті , які можуть зменшити зміни рН з - за іонів Н ₃ Про ⁺ і ОН ^- . У разі відсутності таких, деякі системи (наприклад, фізіологічні) завдають шкоди, оскільки їх компоненти дуже чутливі до раптових змін pH.

Так само, як амортизатори в автомобілях зменшують вплив, спричинений їх рухом, буфери роблять те саме, але з кислотністю або основністю розчину. Крім того, буфери встановлюють специфічний діапазон pH, в межах якого вони ефективні.

В іншому випадку іони H ₃ O ⁺ підкислять розчин (рН падає до значень нижче 6), що призводить до можливої ​​зміни в ефективності реакції. Цей же приклад можна застосувати для основних значень рН, тобто більше 7.

характеристики

Склад

Вони по суті складаються з кислоти (НА) або слабкої основи (В) та солей їх кон'югованої основи або кислоти. Отже, існує два типи: кислотні буфери та лужні буфери.

Кислотні буфери відповідають пари НА / А ^- пара , де А ^- кон'югована основа слабкої кислоти НА та взаємодіє з іонами - такими як Na ⁺ - з утворенням солей натрію. Таким чином, пара залишається як HA / NaA, хоча вони також можуть бути калієвими або кальцієвими солями.

Отриманий із слабкої кислоти HA, він буферизує кислі діапазони рН (менше 7) згідно з наступним рівнянням:

HA + OH ^- => A ^- + H ₂ O

Однак, будучи слабкою кислотою, її кон'югована основа частково гідролізується, щоб відновити частину споживаної НА:

A ^- + H ₂ O <=> HA + OH ^-

З іншого боку, лужні буфери складаються з пари B / HB ⁺ , де HB ⁺ - кон'югована кислота слабкої основи. Як правило, HB ⁺ утворює солі з хлорид-іонами, залишаючи пару як B / HBCl. Ці буфери, основні діапазони рН (більше 7):

B + H ₃ O ⁺ => HB ⁺ + H ₂ O

І знову ж таки, HB ⁺ може бути частково гідролізований, щоб відновити частину споживаного B:

HB ⁺ + H ₂ O <=> B + H ₃ O ⁺

Вони нейтралізують як кислоти, так і основи

У той час як кислі буфери буферного кислотного рН та лужного буфера рН основні, обидва можуть реагувати з іонами H ₃ O ⁺ та OH ^- через ці серії хімічних рівнянь:

A ^- + H ₃ O ⁺ => HA + H ₂ O

HB ⁺ + OH ^- => B + H ₂ O

Таким чином, в разі HA / А ^- пара , HA вступає в реакцію з ОН ^- іонів , а А ^{- -} сполучена база - реагує з Н ₃ Про ⁺ . Що стосується пари B / HB ⁺ , то B реагує з іонами H ₃ O ⁺ , а HB ⁺ - його кон'югована кислота - з OH ^- .

Це дозволяє обом буферам нейтралізувати як кислі, так і основні види. Результатом вищесказаного порівняно, наприклад, з постійним додаванням молей ОН ^- , є зниження коливання рН (ΔpH):

На зображенні вище зображено буфер pH проти сильної основи (OH ^- донор ).

Спочатку рН кислий через наявність НА. Коли додається міцна основа, утворюються перші родимки А ^- і буфер починає діяти.

Однак є ділянка кривої, де схил менш крутий; тобто там, де амортизація ефективніша (синюватий ящик).

Ефективність

Існує кілька способів зрозуміти концепцію ефективності демпфування. Одне з них полягає у визначенні другої похідної кривої pH проти об'єму основи, вирішуючи для V мінімальне значення, яке є Veq / 2.

Veq - об'єм у точці еквівалентності; Це об'єм основи, необхідний для нейтралізації всієї кислоти.

Інший спосіб зрозуміти це через відоме рівняння Гендерсона-Хассельбальха:

pH = pK _a + лог (/)

Тут B позначає основу, A кислоту, а pK _a - найменший логарифм кислотної константи. Це рівняння застосовується як для кислих видів HA, так і для кон'югованої кислоти HB ⁺ .

Якщо він дуже великий по відношенню до, журнал () приймає дуже негативне значення, яке віднімається з pK _a . Якщо, з іншого боку, він дуже малий щодо, значення log () приймає дуже позитивне значення, яке додається до pK _a . Однак, коли =, log () дорівнює 0, а pH = pK _a .

Що означає все вищезазначене? Що ΔpH буде більшим в крайніх обставинах, що розглядаються для рівняння, тоді як він буде мінімальним при рН, рівному pK _a ; і , як рК характерно для кожної кислоти, це значення визначає діапазон рК ± 1.

Значення рН у цьому діапазоні - це ті, у яких буфер є найбільш ефективним.

Підготовка

Щоб підготувати буферний розчин, слід пам’ятати про наступні кроки:

- Знайте необхідний pH, а отже, той, який ви хочете підтримувати якомога постійнішим під час реакції чи процесу.

- Знаючи рН, шукається серед усіх слабких кислот, ті , чиї рК ближче до цього значення.

- Після вибору виду НА та обчислення концентрації буфера (залежно від кількості основи або кислоти необхідно нейтралізувати) зважують необхідну кількість його натрієвої солі.

Приклади

Оцтова кислота має рК _а , 4,75, CH ₃ COOH; отже, суміш визначених кількостей цієї кислоти та ацетату натрію CH ₃ COONa утворюють буфер, який ефективно буферизується в діапазоні рН (3,75-5,75).

Іншими прикладами монопротеїнових кислот є бензойна (C ₆ H ₅ COOH) та мурашина (HCOOH) кислоти . Для кожного з цих значень pK _a дорівнює 4,18 і 3,68; тому його діапазони рН з найвищим буферуванням становлять (3,18–5,18) та (2,68–4,68).

Крім того, поліпротонние кислоти , такі як фосфорна кислота (Н ₃ РО ₄ ) і вуглець (Н ₂ СО ₃ ) , мають багато значень рК _в якості протон може бути звільнений. Таким чином, H ₃ PO ₄ має три pK _a (2.12, 7.21 і 12.67), а H ₂ CO ₃ має два (6.352 і 10.329).

Якщо ви хочете підтримувати pH в розчині 3, ви можете вибрати між буферами HCOONa / HCOOH (pK _a = 3,68) і NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄ (pK _a = 2,12).

Перший буфер - мурашина кислота - ближче до рН 3, ніж буфер фосфорної кислоти; тому буфери HCOONa / HCOOH кращі при рН 3, ніж NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄ .

Список літератури

1. Day, R., & Underwood, A. Кількісна аналітична хімія (5-е видання). PEARSON Prentice Hall, стор 188-194.
2. Авсар Арас. (20 квітня 2013 р.). Міні-шоки. Отримано 9 травня 2018 року з: commons.wikimedia.org
3. Вікіпедія. (2018). Буферний розчин. Отримано 9 травня 2018 року з: en.wikipedia.org
4. Доц. Проф. Любомир Македонський, к.е.н. . Буферні рішення. Варненський медичний університет.
5. Chem Collective. Буферні підручники. Отримано 9 травня 2018 року з: chemcollective.org
6. запитанняІІтяни. (2018). Буферне рішення. Отримано 9 травня 2018 року з: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Приклади буферних, буферних або буферних рішень. Отримано 9 травня 2018 року з: quimicas.net