Su puferske otopine ili puferi su oni koji se mogu smanjiti promjene pH nakon ione H 3 O + i OH -. U nedostatku istih, neki sustavi (poput fizioloških) oštećeni su jer su njihove komponente vrlo osjetljive na nagle promjene pH vrijednosti.
Baš kao što amortizeri u automobilima smanjuju udar uzrokovan njihovim kretanjem, puferi rade isto, ali s kiselošću ili osnovnošću otopine. Nadalje, puferi uspostavljaju specifičan raspon pH unutar kojeg su djelotvorni.
Inače, H 3 O + ioni se zakiseli (pH padne na vrijednost ispod 6), što rezultira mogućim promjene u reakcijskoj izvedbi. Isti se primjer može primijeniti za osnovne pH vrijednosti, odnosno veće od 7.
karakteristike
Sastav
U osnovi se sastoje od kiseline (HA) ili slabe baze (B) i soli njihove konjugirane baze ili kiseline. Slijedom toga postoje dvije vrste: kiselinski puferi i alkalni puferi.
Kiseli puferi odgovaraju HA / A - paru, gdje je A - konjugirana baza HA slabe kiseline i interakcija je s ionima - poput Na + - kako bi tvorili natrijeve soli. Na ovaj način, par ostaje kao HA / NaA, iako mogu biti i kalijeve ili kalcijeve soli.
Izvedena iz HA slabe kiseline, on puferira kisele vrijednosti pH (manje od 7) prema sljedećoj jednadžbi:
HA + OH - => A - + H 2 O
Međutim, kao slaba kiselina, njegova konjugirana baza je djelomično hidrolizirana da bi se regenerirao dio potrošene HA:
- + H 2 O <=> HA + OH -
S druge strane, alkalni puferi se sastoje od para B / HB +, gdje je HB + konjugirana kiselina slabe baze. Općenito, HB + tvori soli s kloridnim ionima, ostavljajući par kao B / HBCl. Ti puferi puferiraju osnovne pH vrijednosti (veće od 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
I opet, HB + se može djelomično hidrolizirati kako bi se regenerirali neki dio B koji se konzumira:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Oni neutraliziraju i kiseline i baze
A kiseli puferi pufer kiseli pH i alkalnu pufer pH bazični, i može reagirati s H 3 O + i OH - iona kroz ove nizom kemijskih jednadžbi:
- + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Dakle, u slučaju HA / A - para, HA reagira s OH - iona, dok - - njenu konjugiranu bazu - reagira s H 3 O +. Kao i za B / HB + para, B reagira s H 3 O + iona, a HB + - njenih konjugiranih kiselina - s OH -.
To omogućava oba pufera da neutraliziraju i kisele i bazične vrste. Rezultat gore navedenog u usporedbi s, na primjer, konstantnim dodavanjem molova OH -, je smanjenje varijacije pH (ΔpH):
Slika iznad prikazuje pH pufer u odnosu na jaku bazu (OH - donor).
U početku je pH kiseo zbog prisutnosti HA. Kada se doda jaka baza, formiraju se prvi molovi A - i pufer počinje djelovati.
Međutim, postoji područje krivulje gdje je nagib manje strm; to jest tamo gdje je prigušenje efikasnije (plavkast okvir).
efikasnost
Postoji nekoliko načina za razumijevanje koncepta učinkovitosti prigušivanja. Jedna od njih je određivanje drugog derivata pH krivulje u odnosu na volumen baze, rješavanje za V za najmanju vrijednost, koja je Veq / 2.
Veq je volumen u točki ekvivalencije; Ovo je volumen baze potreban za neutralizaciju sve kiseline.
Drugi način da to shvatite je kroz poznatu Henderson-Hasselbalch-ovu jednadžbu:
pH = pK a + log (/)
Ovdje B označava bazu, A kiselinu, a pK a najmanji je logaritam kisele konstante. Ova jednadžba vrijedi i za kisele vrste HA i za konjugiranu kiselinu HB +.
Ako je s obzirom na vrlo velik, log () uzima vrlo negativnu vrijednost koja se oduzima od pK a. Ako je, s druge strane, s obzirom na, vrlo mala, vrijednost log () uzima vrlo pozitivnu vrijednost koja se dodaje pK a. Međutim, kada je =, log () je 0, a pH = pK a.
Što sve gore navedeno znači? Da će ΔpH biti veći u krajnostima razmatranim za jednadžbu, dok će biti minimalan s pH jednakim pK a; kao i pK karakterističan svake kiseline, ova vrijednost određuje raspon pKa ± 1.
PH vrijednosti unutar ovog raspona su one u kojima je pufer najučinkovitiji.
priprema
Da biste pripremili pufersku otopinu, treba imati na umu sljedeće korake:
- Znajte potrebni pH, a samim tim i onaj koji želite održavati što je moguće konstantnijim tijekom reakcije ili procesa.
- Znajući pH, traži se između svih slabih kiselina, onih čiji je pK a bliži toj vrijednosti.
- Jednom kada je odabrana vrsta HA i izračunana koncentracija pufera (ovisno o tome koliko baze ili kiseline treba neutralizirati), izmjeri se potrebna količina njegove natrijeve soli.
Primjeri
Octena kiselina ima pKa A od 4,75, CH 3 COOH; Stoga, smjesa određenih količina ove kiseline i natrijevog acetata, CH 3 COONa tvore pufer koji učinkovito puferi u pH području (3.75-5.75).
Drugi primjeri monoprotična kiselina su benzojeve (C 6 H 5 COOH) i mravlje (HCOOH) kiseline. Za svaku od tih vrijednosti pK a su 4,18 i 3,68; stoga su njegovi rasponi pH s najvećim puferiranjem (3,18-5,18) i (2,68-4,68).
Nadalje, poliprotskih kiselina, kao što su fosforna kiselina (H 3 PO 4) i ugljik (H 2 CO 3) ima mnogo vrijednosti pK u kao proton može osloboditi. Tako, H 3 PO 4 ima tri pKa (2,12, 7,21 i 12,67) i H 2 CO 3 ima dva (6.352 i 10.329).
Ako želimo održavati pH 3 u otopini, što može birati između odbojnika HCOONa / HCOOH (pK = 3,68) i NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK = 2.12).
Prvi pufer, onaj mravlje kiseline, bliži je pH 3 nego pufer fosforne kiseline; Stoga HCOONa / HCOOH pufera pri pH 3 i bolje od NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4.
Reference
- Day, R., i Underwood, A. Kvantitativna analitička kemija (5. izd.). Dvorana PEARSON Prentice, str 188-194.
- Avsar Aras. (20. travnja 2013.). Mini šokovi. Preuzeto 9. svibnja 2018. s: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018.). Puferna otopina. Preuzeto 9. svibnja 2018. s: en.wikipedia.org
- Izv. Prof. Dr. Lubomir Makedonski, Buferna rješenja. Medicinsko sveučilište u Varni.
- Chem kolektiv. Vodiči za međuspremnike. Preuzeto 9. svibnja 2018. s: chemcollective.org
- askIITians. (2018.). Bufer rješenje. Preuzeto 9. svibnja 2018. s: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Primjeri puferskih, puferskih ili puferskih rješenja. Preuzeto 9. svibnja 2018. s: quimicas.net