БУФЕРНИ РЕШЕНИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОДГОТОВКА, ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2026

На разтвори буферни или буфери са тези, които могат да намалят промените в рН поради йони Н ₃ О ⁺ и OH ^-. При липса на такива някои системи (като физиологични) са увредени, тъй като техните компоненти са много чувствителни към резки промени в pH.

Точно както амортисьорите в автомобилите намаляват въздействието, причинено от тяхното движение, буферите правят същото, но с киселинността или основността на разтвора. Освен това буферите установяват специфичен диапазон на pH, в който те са ефикасни.

В противен случай, Н ₃ О ⁺ йони ще разтворът се подкиселява (рН спадне до стойности под 6), което води до възможно изменение в изпълнението на реакцията. Същият пример може да бъде приложен за основни стойности на pH, тоест по-големи от 7.

характеристики

композиция

По същество те се състоят от киселина (НА) или слаба основа (В) и соли на конюгираната им основа или киселина. Следователно има два вида: кисели буфери и алкални буфери.

Киселина буфери съответстват на HA / А ^- двойка, където А ^- е свързана база на слаба киселина HA и взаимодейства с йони - като Na ⁺ - форма на натриеви соли. По този начин двойката остава като HA / NaA, въпреки че те също могат да бъдат калиеви или калциеви соли.

Получава се от слабата киселина НА, той буферира киселинните стойности на pH (по-малко от 7) съгласно следното уравнение:

HA + OH ^- => А ^- + H ₂ O

Въпреки това, тъй като е слаба киселина, нейната конюгирана основа е частично хидролизирана, за да регенерира част от консумираната НА:

A ^- + H ₂ O <=> HA + OH ^-

От друга страна, алкалните буфери се състоят от двойка B / HB ⁺, където HB ⁺ е конюгираната киселина на слабата основа. Обикновено HB ⁺ образува соли с хлоридни йони, оставяйки двойката като B / HBCl. Тези буфери основни стойности на рН (по-големи от 7):

B + Н ₃ О ⁺ => HB ⁺ + H ₂ O

И отново, HB ⁺ може да бъде частично хидролизиран, за да регенерира част от консумирания B:

HB ⁺ + H ₂ O <=> B + H ₃ O ⁺

Те неутрализират както киселини, така и основи

Докато киселинни буфери буфер кисело рН и алкален буфер рН основно, както може да реагира с Н ₃ О ⁺ и OH ^- йони през тези серия от химически уравнения:

А ^- + Н ₃ О ⁺ => HA + H ₂ O

HB ⁺ + OH ^- => B + H ₂ O

Така, в случая на HA / А ^- двойка, ха реагира с ОН ^- йони, а ^{- -} спрегнатата му база - реагира с Н ₃ О ⁺. Що се отнася до B / HB ⁺ двойката, В реагира с Н ₃ О ⁺ йони, докато HB ⁺ - нейната конюгирана киселина - с ОН ^-.

Това позволява и двата буфера да неутрализират както кисели, така и основни видове. Резултатът от горното в сравнение, например, с постоянното добавяне на бенки на ОН ^- е намаляването на изменението на рН (ΔpH):

Изображението по-горе показва pH буфера срещу силна основа (OH ^- донор).

Първоначално рН е кисел поради присъствието на НА. Когато се добави силната основа, се образуват първите бенки от А ^- и буферът започва да влиза в сила.

Има обаче зона на кривата, където наклонът е по-малко стръмен; тоест там, където демпфирането е по-ефективно (синкава кутия).

Ефективност

Има няколко начина за разбиране на концепцията за ефективност на затихване. Едно от тях е да се определи второто производно на pH на кривата спрямо обема на основата, като се решава за V за минималната стойност, която е Veq / 2.

Veq е обемът в точката на еквивалентност; Това е обемът на основата, необходим за неутрализиране на цялата киселина.

Друг начин да го разберете е чрез известното уравнение Хендерсън-Хаселбалх:

pH = pK _a + лог (/)

Тук B означава основата, A киселината, а pK _a е най-малкият логаритъм на киселинната константа. Това уравнение се прилага както за киселите видове HA, така и за конюгираната киселина HB ⁺.

Ако е много голям по отношение на, log () приема много отрицателна стойност, която се изважда от pK _a. Ако, от друга страна, е много малка по отношение на, стойността на log () приема много положителна стойност, която се добавя към pK _a. Въпреки това, когато =, log () е 0 и pH = pK _a.

Какво означава всичко по-горе? Че ΔpH ще бъде по-голям в крайностите, разглеждани за уравнението, докато той ще бъде минимален с рН, равно на pK _a; и като рКа _на е характерен за всяка киселина, тази стойност определя диапазона рКа _на ± 1.

Стойностите на pH в този диапазон са тези, в които буферът е най-ефективен.

подготовка

За да подготвите буферно решение, трябва да имате предвид следните стъпки:

- Знайте необходимото pH и следователно това, което искате да поддържате максимално постоянен по време на реакцията или процеса.

- Знаейки pH, човек търси сред всички слаби киселини, онези, чийто pK _a е по-близо до тази стойност.

- След като е избран видът HA и се изчисли концентрацията на буфера (в зависимост от това колко основа или киселина трябва да се неутрализира), необходимото количество от натриевата му сол се претегля.

Примери

Оцетна киселина има рКа _на на 4.75, СН ₃ СООН; Следователно, смес на определени количества от тази киселина и натриев ацетат, СН ₃ COONa, образуват буфер, който ефективно буфери в диапазона на рН (3.75-5.75).

Други примери на еднопротонни киселини са бензоената (С ₆ Н ₅ СООН) и мравчена (НСООН) киселини. За всяка от тези стойности на pK _a са 4.18 и 3.68; следователно, нейните стойности на pH са с най-високо буфериране (3.18-5.18) и (2.68-4.68).

Освен това, полипротични киселини, като фосфорна киселина (Н ₃ PO ₄) и въглерод (H ₂ CO ₃) имат много стойности рК _до като протон може да бъде освободен. Така, H ₃ PO ₄ има три рКа _на (2.12, 7.21 и 12.67) и H ₂ CO ₃ има две (6,352 и 10,329).

Ако искате да се поддържа рН от 3 в разтвор, може да избере между буферите HCOONa / НСООН (рКа _на = 3.68) и NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄ (рКа _на = 2.12).

Първият буфер, този на мравчената киселина, е по-близо до рН 3, отколкото буферът на фосфорната киселина; Следователно, HCOONa / НСООН буфери по-добре при рН 3 от NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄.

Препратки

1. Day, R., & Underwood, A. Количествена аналитична химия (5-то изд.). Зала PEARSON Prentice, стр. 188-194.
2. Авсар Арас. (20 април 2013 г.). Мини шокове. Произведено на 9 май 2018 г. от: commons.wikimedia.org
3. Wikipedia. (2018). Буферен разтвор. Произведено на 9 май 2018 г. от: en.wikipedia.org
4. Доц. Проф. Д-р Любомир Македонски., Буферни решения. Медицински университет във Варна.
5. Chem Collective. Уроци по буфер. Произведено на 9 май 2018 г. от: chemcollective.org
6. askIITians. (2018). Буферно решение. Произведено на 9 май 2018 г. от: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Примери за буферни, буферни или буферни решения. Произведено на 9 май 2018 г. от: quimicas.net