Характеристики, подготовка и примери на буферни разтвори

на буферни разтвори или буфери са тези, които могат да намалят рН промени, дължащи се на Н йони₃О⁺ и ОН^-. При липсата на такива, някои системи (като физиологични) са нарушени, тъй като техните компоненти са много чувствителни към внезапни промени в рН.

Точно както амортисьорите в автомобилите намаляват въздействието, причинено от тяхното движение, буферите правят същото, но с киселинността или основността на разтвора. Освен това, буферните разтвори създават специфичен диапазон на рН, в който те са ефективни.

В противен случай, Н йони₃О⁺ разтворът се подкиселява (рН пада до стойности под 6), което води до евентуална промяна в изпълнението на реакцията. Същият пример може да се приложи за основни стойности на рН, т.е. по-големи от 7.

индекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Състав
  • 1.2 Неутрализирайте киселините и основите
  • 1.3 Ефективност
• 2 Подготовка
• 3 Примери
• 4 Препратки

функции

композиция

По същество те са съставени от киселина (НА) или от слаба основа (В) и соли на нейните базични или киселинни конюгати. Следователно, съществуват два вида: кисели буфери и алкални буфери.

Киселинните буфери съответстват на HA / A двойката^-, където A^- е конюгираната база на слабата киселина НА и взаимодейства с йони-такива като Na⁺- за образуване на натриеви соли. По този начин двойката остава като HA / NaA, въпреки че може да бъде и калиева или калциева сол.

Когато се извлича от слаба киселина НА, тя намалява киселинните граници на рН (по-малко от 7) съгласно следното уравнение:

HA + OH^- => A^- + Н₂О

Въпреки това, тъй като е слаба киселина, нейната конюгирана основа частично се хидролизира, за да регенерира част от консумираната HA:

А^- + Н₂О <=> HA + OH^-

От друга страна, алкалните буфери се състоят от двойка B / HB⁺, където HB⁺ е конюгатната киселина на слабата база. Обикновено, HB⁺ образува соли с хлоридни йони, оставяйки двойката като В / НВС1. Тези буфери буферни базични граници на рН (по-големи от 7): \ t

В + Н₃О⁺ => HB⁺ + Н₂О

И отново, HB⁺ може частично да се хидролизира, за да регенерира част от консумираното В:

полупансион⁺ + Н₂О <=> В + Н₃О⁺

Неутрализирайте киселините и основите

Докато киселинните буфери буфер рН киселини и алкални буфери рН, и двете могат да реагират с Н йони₃О⁺ и ОН^- чрез тези серии химически уравнения:

А^- + Н₃О⁺ => HA + H₂О

полупансион⁺ + OH^- = B + H₂О

По този начин, в случая на двойката HA / A^-, HA реагира с OH йони^-, докато А^- -неговата конюгирана база - реагира с Н₃О⁺. Що се отнася до двойката B / HB⁺, В реагира с Н-йони₃О⁺, докато HB⁺ -неговата конюгирана киселина - с ОН^-.

Това позволява двата буферни разтвора да неутрализират както киселинните, така и основните видове. Резултатът от горното спрямо, например, постоянното добавяне на ОН молове^-, е намаляването на вариацията на рН (ΔpH):

Горното изображение показва буфериране на рН спрямо силна основа (донор на ОН).^-).

Първоначално рН е киселинно поради наличието на НА. Когато се добави силната основа, се образуват първите молове от А^- и буферът започва да действа.

Въпреки това, има област от кривата, където наклонът е по-малко стръмен; където демпфирането е по-ефективно (синкава рамка).

производителност

Има няколко начина да се разбере концепцията за ефективност на буфера. Едно от тях е да се определи второто производно на кривата на рН спрямо основния обем, като се изчисти V за минималната стойност, която е Veq / 2.

Veq е обемът в точката на еквивалентност; това е основният обем, необходим за неутрализиране на цялата киселина.

Друг начин да го разберем е чрез известното уравнение на Хендерсън-Хаселбал:

рН = рК_за + дневник ([B] / [A])

Тук В означава базата, А е киселина, и рК_за това е най-ниският логаритъм на константата на киселинността. Това уравнение се отнася както за киселинните видове НА, така и за конюгираната киселина НВ⁺.

Ако [A] е много голям по отношение на [B], log () приема много отрицателна стойност, която се изважда от pK_за. Ако напротив [A] е много малък по отношение на [B], стойността на log () заема много положителна стойност, която добавя към pK_за. Въпреки това, когато [А] = [В], log () е 0 и рН = рК_за.

Какво означава всичко по-горе? Това, че ΔpH ще бъде по-голямо в крайностите, разглеждани за уравнението, докато то ще бъде по-малко с рН, равно на рК_за; и като рК_за е характерна за всяка киселина, тази стойност определя обхвата рК_за± 1.

Стойностите на рН в този диапазон са тези, при които буферът е по-ефективен.

подготовка

За приготвяне на буферен разтвор е необходимо да се имат предвид следните стъпки:

- Знайте необходимото рН и следователно това, което искате да запазите колкото е възможно по-постоянно по време на реакцията или процеса.

- Знаейки рН, търсим всички слаби киселини, онези, чиито рК_за е по-близо до тази стойност.

- След като се изберат видовете HA и се изчисли концентрацията на буфера (в зависимост от това колко основа или киселина се изисква да се неутрализира), необходимото количество от неговата натриева сол се претегля.

Примери

Оцетната киселина има рК_за 4.75, СН₃СООН; Следователно, смес от определени количества от тази киселина и натриев ацетат, СН₃COONa, образуват буфер, който ефективно абсорбира в обхвата на рН (3.75-5.75).

Други примери за монопротни киселини са бензоените киселини (С₆Н₅COOH) и мравчена (HCOOH). За всяка от тези стойности на pK_за те са 4.18 и 3.68; поради това техните нива на рН на по-високи буфери са (3.18-5.18) и (2.68-4.68).

От друга страна, полипротични киселини като фосфорен (Н₃PO₄и въглерод (Н₂CO₃) имат толкова много pK стойности_за както протоните могат да освободят. Така че, H₃PO₄ Той има три pK_за (2.12, 7.21 и 12.67) и Н₂CO₃ има две (6,352 и 10,329).

Ако искате да поддържате рН 3 в разтвор, можете да избирате между буфера HCOONa / HCOOH (рК)_за= 3.68) и NaH₂PO₄/ H₃PO₄ (ПК_за= 2.12).

Първият буфер, този на мравчената киселина, е по-близо до рН 3, отколкото буфера на фосфорната киселина; следователно, HCOONa / HCOOH се обезцветява по-добре при рН 3, отколкото NaH₂PO₄/ H₃PO₄.

препратки

1. Day, R., & Underwood, A. Количествена аналитична химия (пето издание). PEARSON Prentice Hall, стр. 188-194.
2. Авсар Арас. (20 април 2013 г.). Мини шокове Възстановен на 9 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
3. Wikipedia. (2018). Буферен разтвор. Възстановен на 9 май 2018 г. от: en.wikipedia.org
4. Доц. Д-р Любомир Македонски. [Doc.]. Буферни разтвори. Медицински университет - Варна.
5. Chem Collective. Буферни уроци. Възстановен на 9 май 2018 г. от: chemcollective.org
6. askIITians. (2018). Буферно решение. Възстановен на 9 май 2018 г. от: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Примери за амортисьор, буфер или буферни разтвори. Възстановен на 9 май 2018 г. от: quimicas.net