Charakterystyka roztworów buforowych, przygotowanie i przykłady

The roztwory buforowe lub bufory to takie, które mogą zmniejszyć zmiany pH spowodowane jonami H₃O⁺ i OH^-. W przypadku ich braku niektóre systemy (takie jak fizjologiczne) są osłabione, ponieważ ich składniki są bardzo wrażliwe na nagłe zmiany pH.

Tak jak amortyzatory w samochodach zmniejszają wpływ spowodowany ich ruchem, tak bufory działają tak samo, ale z kwasowością lub zasadowością roztworu. Ponadto roztwory buforowe ustalają określony zakres pH, w którym są skuteczne.

W przeciwnym razie jony H₃O⁺ zakwaszać roztwór (pH spada do wartości poniżej 6), co prowadzi do możliwej zmiany w działaniu reakcji. Ten sam przykład może dotyczyć podstawowych wartości pH, tj. Większych niż 7.

Indeks

• 1 Charakterystyka
  • 1.1 Skład
  • 1.2 Zneutralizować zarówno kwasy, jak i zasady
  • 1.3 Wydajność
• 2 Przygotowanie
• 3 Przykłady
• 4 odniesienia

Funkcje

Skład

W istocie składają się one z kwasu (HA) lub słabej zasady (B) i soli jego koniugatów zasadowych lub kwasowych. W związku z tym istnieją dwa typy: bufory kwasowe i bufory alkaliczne.

Bufory kwasowe odpowiadają parze HA / A^-, gdzie A^- jest sprzężoną zasadą słabego kwasu HA i oddziałuje z jonami, takimi jak Na⁺- tworzyć sole sodowe. W ten sposób para pozostaje jako HA / NaA, chociaż może to być również sól potasu lub wapnia.

Pochodząc ze słabego kwasu HA, tłumi kwasowe zakresy pH (mniej niż 7) zgodnie z następującym równaniem:

HA + OH^- => A^- + H₂O

Jednakże, będąc słabym kwasem, jego sprzężona zasada jest częściowo zhydrolizowana w celu zregenerowania części zużytego HA:

A^- + H₂O <=> HA + OH^-

Z drugiej strony bufory alkaliczne składają się z pary B / HB⁺, gdzie HB⁺ jest sprzężonym kwasem słabej zasady. Ogólnie HB⁺ tworzy sole z jonami chlorkowymi, pozostawiając parę jako B / HBCl. Te bufory buforują podstawowe zakresy pH (większe niż 7):

B + H₃O⁺ => HB⁺ + H₂O

I znowu HB⁺ może częściowo hydrolizować, aby zregenerować część zużytego B:

HB⁺ + H₂O <=> B + H₃O⁺

Zneutralizuj zarówno kwasy, jak i zasady

Podczas gdy bufory kwasowe buforują kwasy pH i alkaliczne bufory pH, oba mogą reagować z jonami H₃O⁺ i OH^- poprzez te serie równań chemicznych:

A^- + H₃O⁺ => HA + H₂O

HB⁺ + OH^- => B + H₂O

W ten sposób w przypadku pary HA / A^-, HA reaguje z jonami OH^-, podczas gdy A^- -jego sprzężona baza - reaguje z H₃O⁺. Jeśli chodzi o parę B / HB⁺, B reaguje z jonami H₃O⁺, podczas gdy HB⁺ -jego sprzężony kwas - z OH^-.

Pozwala to obu roztworom buforowym na neutralizację zarówno kwaśnych, jak i zasadowych gatunków. Wynik powyższego w porównaniu do, na przykład, stałego dodawania moli OH^-, jest spadek zmienności pH (ΔpH):

Górny obraz pokazuje buforowanie pH względem silnej zasady (donor OH)^-).

Początkowo pH jest kwasem ze względu na obecność HA. Po dodaniu mocnej zasady powstają pierwsze mole A^- i bufor zaczyna działać.

Istnieje jednak obszar krzywej, gdzie nachylenie jest mniej strome; to znaczy tam, gdzie tłumienie jest bardziej efektywne (niebieskawa ramka).

Wydajność

Istnieje kilka sposobów zrozumienia koncepcji wydajności bufora. Jednym z nich jest określenie drugiej pochodnej krzywej pH w stosunku do objętości podstawowej, wyczyszczenie V dla wartości minimalnej, którą jest Veq / 2.

Veq jest objętością w punkcie równoważności; jest to objętość podstawowa potrzebna do zneutralizowania całego kwasu.

Innym sposobem na zrozumienie tego jest słynne równanie Hendersona-Hasselbalcha:

pH = pK_a + log ([B] / [A])

Tutaj B oznacza podstawę, A kwas i pK_a jest to najniższy logarytm stałego kwasowości. To równanie dotyczy zarówno odmiany kwasowej HA, jak i sprzężonego kwasu HB⁺.

Jeśli [A] jest bardzo duże w odniesieniu do [B], log () przyjmuje bardzo ujemną wartość, która jest odejmowana od pK_a. Jeśli natomiast [A] jest bardzo małe w odniesieniu do [B], wartość log () przyjmuje bardzo pozytywną wartość, co dodaje do pK_a. Jednak gdy [A] = [B], log () wynosi 0, a pH = pK_a.

Co oznacza wszystko powyższe? Że ΔpH będzie większy w ekstremach rozważanych dla równania, podczas gdy będzie mniejszy przy pH równym pK_a; i jako pK_a jest charakterystyczne dla każdego kwasu, ta wartość określa zakres pK_a± 1.

Wartości pH w tym zakresie to te, w których bufor jest bardziej wydajny.

Przygotowanie

Aby przygotować rozwiązanie buforowe, należy pamiętać o następujących krokach:

- Poznaj wymagane pH, a więc to, które chcesz zachować jako stałe podczas reakcji lub procesu.

- Znając pH, szukamy wszystkich słabych kwasów, tych, których pK_a jest bliżej tej wartości.

- Po wybraniu gatunków HA i obliczeniu stężenia buforu (w zależności od ilości zasady lub kwasu wymaganego do neutralizacji), waży się niezbędną ilość soli sodowej.

Przykłady

Kwas octowy ma pK_a 4,75, CH₃COOH; Dlatego też mieszanina pewnych ilości tego kwasu i octanu sodu, CH₃COONa, tworzą bufor, który skutecznie absorbuje w zakresie pH (3,75-5,75).

Innymi przykładami kwasów monoprotycznych są kwasy benzoesowe (C₆H₅COOH) i mrówek (HCOOH). Dla każdej z tych wartości pK_a są to 4,18 i 3,68; dlatego ich zakresy pH wyższego buforowania wynoszą (3,18–5,18) i (2,68–4,68).

Z drugiej strony, kwasy poliprotyczne, takie jak fosfor (H₃PO₄) i węglowy (H₂CO₃) mają tak wiele wartości pK_a jak protony mogą się uwolnić. Więc H₃PO₄ Ma trzy pK_a (2,12, 7,21 i 12,67) i H₂CO₃ ma dwa (6,352 i 10 329).

Jeśli chcesz utrzymać pH 3 w roztworze, możesz wybrać bufor HCOONa / HCOOH (pK_a= 3,68) i NaH₂PO₄/ H₃PO₄ (pK_a= 2,12).

Pierwszy bufor, kwasu mrówkowego, jest bliższy pH 3 niż bufor kwasu fosforowego; dlatego HCOONa / HCOOH lepiej tłumi się przy pH 3 niż NaH₂PO₄/ H₃PO₄.

Referencje

1. Dzień, R. i Underwood, A. Ilościowa chemia analityczna (piąte wydanie). PEARSON Prentice Hall, s. 188-194.
2. Avsar Aras. (20 kwietnia 2013 r.). Mini Shocks Pobrano 9 maja 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
3. Wikipedia. (2018). Roztwór buforowy. Pobrano 9 maja 2018 r. Z: en.wikipedia.org
4. Doc. Prof. Lubomir Makedonski, dr. [Doc.] Roztwory buforowe. Uniwersytet Medyczny w Warnie.
5. Chem Collective. Samouczki bufora. Źródło: 9 maja 2018 r. Z: chemcollective.org
6. zapytaj ludzi. (2018). Roztwór buforowy. Pobrane 9 maja 2018 r. Z: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Przykłady amortyzatorów, buforów lub roztworów buforowych. Pobrano 9 maja 2018 r. Z: quimicas.net