Характеристики буферных растворов, их приготовление и примеры.

буферные растворы или буферы - те, которые могут уменьшить изменения pH из-за ионов H₃О⁺ и ОН^-. При их отсутствии некоторые системы (например, физиологические) нарушаются, так как их компоненты очень чувствительны к внезапным изменениям pH.

Подобно тому, как амортизаторы в автомобилях уменьшают воздействие, вызванное их движением, буферы делают то же самое, но с кислотностью или основностью раствора. Кроме того, буферные растворы устанавливают определенный диапазон рН, в пределах которого они эффективны..

В противном случае, ионы H₃О⁺ подкисляют раствор (pH падает до значений ниже 6), что приводит к возможному изменению производительности реакции. Тот же пример может применяться для базовых значений pH, то есть больше 7.

индекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Состав
  • 1.2 Нейтрализовать как кислоты, так и основания
  • 1.3 Эффективность
• 2 Подготовка
• 3 примера
• 4 Ссылки

черты

состав

По сути, они состоят из кислоты (HA) или слабого основания (B) и солей ее основания или кислотных конъюгатов. Следовательно, есть два типа: кислотные буферы и щелочные буферы.

Кислотные буферы соответствуют паре HA / A^-, где А^- является сопряженным основанием слабой кислотной НА и взаимодействует с ионами, такими как Na⁺- образовывать соли натрия. Таким образом, пара остается в виде HA / NaA, хотя это также могут быть соли калия или кальция.

При получении из слабой кислой ГК она снижает кислотные диапазоны рН (менее 7) в соответствии со следующим уравнением:

HA + OH^- => А^- + H₂О

Однако, будучи слабой кислотой, ее сопряженное основание частично гидролизуется для регенерации части потребляемой ГА:

^- + H₂О <=> HA + OH^-

С другой стороны, щелочные буферы состоят из пары B / HB⁺, где HB⁺ является сопряженной кислотой слабого основания. Вообще, HB⁺ образует соли с хлорид-ионами, оставляя пару в виде B / HBCl. Эти буферы буферизуют основные диапазоны pH (больше 7):

B + H₃О⁺ => HB⁺ + H₂О

И снова HB⁺ может частично гидролизоваться для регенерации потребляемой части B:

HB⁺ + H₂О <=> B + H₃О⁺

Нейтрализовать как кислоты, так и основания

В то время как кислотные буферы буферируют рН-кислоты и щелочные рН-буферы, оба могут реагировать с ионами Н₃О⁺ и ОН^- через эти серии химических уравнений:

^- + H₃О⁺ => HA + H₂О

HB⁺ + Огайо^- => B + H₂О

Таким образом, в случае пары HA / A^-, HA реагирует с ионами ОН^-, пока А^- -его сопряженное основание - реагирует с Н₃О⁺. Что касается пары B / HB⁺, B реагирует с ионами H₃О⁺, в то время как HB⁺ -его сопряженная кислота- с ОН^-.

Это позволяет обоим буферным растворам нейтрализовать как кислые, так и основные виды. Результат выше по сравнению, например, с постоянным добавлением молей ОН^-, представляет собой уменьшение изменения pH (ΔpH):

Верхнее изображение показывает буферизацию pH относительно сильного основания (донор OH)^-).

Первоначально pH является кислым из-за присутствия HA. Когда сильное основание добавлено, первые моли А образуются^- и буфер начинает вступать в силу.

Тем не менее, есть область кривой, где наклон менее крутой; то есть там, где демпфирование более эффективно (голубоватая рамка).

эффективность

Есть несколько способов понять концепцию эффективности буфера. Одним из них является определение второй производной кривой рН по отношению к базовому объему, очищая V для минимального значения, которое равно Veq / 2..

Veq - объем в точке эквивалентности; это базовый объем, необходимый для нейтрализации всей кислоты.

Другой способ понять это - через знаменитое уравнение Хендерсона-Хассельбальха:

pH = pK_в + журнал ([B] / [A])

Здесь B обозначает основание, A - кислоту и pK_в это самый низкий логарифм постоянной кислотности. Это уравнение относится как к кислотному виду HA, так и к конъюгированной кислоте HB⁺.

Если [A] очень велико по отношению к [B], log () принимает очень отрицательное значение, которое вычитается из pK_в. Если, напротив, [A] очень мало по отношению к [B], значение log () принимает очень положительное значение, которое добавляет к pK_в. Однако, когда [A] = [B], log () равно 0 и pH = pK_в.

Что означает все вышеперечисленное? То, что ΔpH будет больше в крайних значениях, рассматриваемых для уравнения, в то время как оно будет меньше с pH, равным pK_в; и как ПК_в характерна для каждой кислоты, это значение определяет диапазон рК_в± 1.

Значения рН в этом диапазоне - те, в которых буфер более эффективен.

подготовка

Для приготовления буферного раствора необходимо учитывать следующие этапы:

- Знайте необходимый pH и, следовательно, тот, который вы хотите поддерживать как можно более постоянным во время реакции или процесса.

- Зная pH, мы ищем все слабые кислоты, те, чьи рК_в ближе к этому значению.

- После выбора вида ГК и расчета концентрации буфера (в зависимости от того, сколько основания или кислоты требуется для нейтрализации), взвешивается необходимое количество его натриевой соли..

примеров

Уксусная кислота имеет рК_в 4,75, СН₃COOH; Следовательно, смесь определенных количеств этой кислоты и ацетата натрия, СН₃COONa, образует буфер, который эффективно поглощает в диапазоне pH (3,75-5,75).

Другими примерами монопротонных кислот являются бензойные кислоты (C₆H₅COOH) и муравьиная (HCOOH). Для каждого из них свои значения pK_в они 4,18 и 3,68; следовательно, их диапазоны pH более высокой буферизации составляют (3,18-5,18) и (2,68-4,68).

С другой стороны, полипротонные кислоты, такие как фосфорная кислота (H₃ПО₄) и углекислый газ (H₂Колорадо₃) так много значений pK_в как протоны могут выпустить. Итак, Н₃ПО₄ Имеет три пк_в (2.12, 7.21 и 12.67) и Н₂Колорадо₃ имеет два (6,352 и 10,329).

Если вы хотите поддерживать pH 3 в растворе, вы можете выбрать между буфером HCOONa / HCOOH (pK_в= 3,68) и NaH₂ПО₄/ Ч₃ПО₄ (рК_в= 2.12).

Первый буфер, муравьиная кислота, ближе к pH 3, чем буфер фосфорной кислоты; следовательно, HCOONa / HCOOH лучше увлажняет при pH 3, чем NaH₂ПО₄/ Ч₃ПО₄.

ссылки

1. Дей Р. и Андервуд А. Количественная аналитическая химия (пятое изд.). Пирсон Прентис Холл, стр. 188-194.
2. Авсар Арас. (20 апреля 2013 г.) Мини шоки Получено 9 мая 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.
3. Wikipedia. (2018). Буферный раствор. Получено 9 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org
4. Доц. Профессор Любомир Македонски, канд. [Doc.]. Буферные решения. Медицинский Университет Варны.
5. Хим Коллектив. Буфер учебники. Получено 9 мая 2018 г. с сайта chemcollective.org
6. askIITians. (2018). Буферное решение. Получено 9 мая 2018 г. с сайта: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Примеры амортизаторов, буферных или буферных растворов. Получено 9 мая 2018 г. из: quimicas.net