BUFFERTLÖSNINGAR: EGENSKAPER, BEREDNING, EXEMPEL - KEMI - 2026

De buffertlösningar eller buffertar är sådana som kan minska förändringar i pH på grund av joner H ₃ O ⁺ och OH ^- . I avsaknad av dessa skadas vissa system (såsom fysiologiska) eftersom deras komponenter är mycket känsliga för plötsliga förändringar i pH.

Precis som stötdämpare i bilar minskar påverkan som orsakas av deras rörelse, gör buffertar detsamma men med surhet eller basalitet i lösningen. Dessutom skapar buffertar ett specifikt pH-område inom vilket de är effektiva.

Annars, H ₃ O ⁺ -joner kommer surgöra lösningen (pH sjunker till värden under 6), vilket resulterar i en möjlig förändring i reaktionsprestanda. Samma exempel kan tillämpas för basiska pH-värden, det vill säga större än 7.

egenskaper

Sammansättning

De består väsentligen av en syra (HA) eller en svag bas (B) och salter av deras konjugerade bas eller syra. Följaktligen finns det två typer: sura buffertar och alkaliska buffertar.

Syrabuffertar motsvarar HA / A ^- par , där A ^- är konjugatbasen av den svaga syran HA och interagerar med joner - såsom Na ⁺ - till formen natriumsalter. På detta sätt förblir paret som HA / NaA, även om de också kan vara kalium- eller kalciumsalter.

Härledd från den svaga syran HA buffrar det sura pH-intervall (mindre än 7) enligt följande ekvation:

HA + OH ^- => A ^- + H ₂ O

Men som en svag syra hydrolyseras dess konjugatbas delvis för att regenerera en del av den konsumerade HA:

A ^- + H ₂ O <=> HA + OH ^-

Å andra sidan består alkaliska buffertar av paret B / HB ⁺ , där HB ⁺ är den konjugerade syran i den svaga basen. I allmänhet bildar HB ⁺ salter med kloridjoner, vilket lämnar paret som B / HBCl. Dessa buffertar buffrar basiska pH-intervaller (större än 7):

B + H ₃ O ⁺ => HB ⁺ + H ₂ O

Och återigen kan HB ⁺ hydrolyseras delvis för att regenerera en del av det konsumerade B:

HB ⁺ + H ₂ O <=> B + H ₃ O ⁺

De neutraliserar både syror och baser

Medan sura buffertar buffert surt pH och alkaliskt pH basiskt, kan både reagera med H ₃ O ⁺ och OH ^- joner genom dessa serier av kemiska ekvationer:

A ^- + H ₃ O ⁺ => HA + H ₂ O

HB ⁺ + OH ^- => B + H ₂ O

Sålunda, i fallet av HA / A ^- par , HA reagerar med OH ^- joner , medan A ^- -Det konjugerad bas- reagerar med H ₃ O ⁺ . Som för B / HB ⁺ par , reagerar B med H ₃ O ⁺ -joner , medan HB ⁺ - dess konjugerade syra - med OH ^- .

Detta gör att båda buffertarna kan neutralisera både sura och basiska arter. Resultatet av ovanstående jämfört med till exempel konstant tillsats av mol OH ^- är minskningen av variationen i pH (ΔpH):

Bilden ovan visar pH-buffert mot en stark bas (OH ^- donator ).

Ursprungligen är pH surt på grund av närvaron av HA. När den starka basen tillsätts bildas de första molerna A ^- och bufferten börjar träda i kraft.

Det finns emellertid ett område på kurvan där sluttningen är mindre brant; det vill säga där dämpningen är mer effektiv (blåaktig låda).

Effektivitet

Det finns flera sätt att förstå konceptet för dämpningseffektivitet. En av dessa är att bestämma det andra derivatet av kurvets pH kontra basvolymen, lösa för V för minimivärdet, som är Veq / 2.

Veq är volymen vid ekvivalenspunkten; Detta är volymen bas som krävs för att neutralisera all syra.

Ett annat sätt att förstå det är genom den berömda ekvationen Henderson-Hasselbalch:

pH = pK _a + log (/)

Här B betecknar basen, A syran, och pK _a är den minsta logaritmen av syrakonstanten. Denna ekvation gäller både för den sura arten HA och för den konjugerade syran HB ⁺ .

Om det är mycket stor i förhållande till log () tar mycket negativt värde, vilket subtraheras från pK _a . Om å andra sidan är det mycket liten i förhållande till värdet på log () tar mycket positivt värde, som läggs till pK _a . Emellertid, när =, är 0 och log () pH = pK _a .

Vad betyder allt ovanstående? Att ApH blir större i extrema övervägas för ekvationen, medan det kommer att bli minst med ett pH-värde som är lika med pK _a ; och eftersom pK _a är karaktäristisk för varje syra, detta värde bestämmer intervallet pK _en ± 1.

PH-värdena inom detta område är de där bufferten är mest effektiv.

Förberedelse

För att förbereda en buffertlösning bör följande steg komma ihåg:

- Känner till det nödvändiga pH-värdet och därför det du vill hålla så konstant som möjligt under reaktionen eller processen.

- Genom att känna till pH ser man bland alla svaga syror, de vars pK _a är närmare detta värde.

- När HA-arten har valts och koncentrationen av bufferten beräknats (beroende på hur mycket bas eller syra som behöver neutraliseras) vägs den nödvändiga mängden natriumsalt.

exempel

Ättiksyra har ett pKa _en av 4,75, CH ₃ COOH; därför, en blandning av bestämda mängder av denna syra och natriumacetat, CH ₃ COONa, bildar en buffert som effektivt buffertar i pH-intervallet (3,75 till 5,75).

Andra exempel på monoprotiska syror är bensoesyra (C ₆ H ₅ COOH) och myrsyra (HCOOH) syror . För vart och ett av dessa värden för pK _a är 4,18 och 3,68; därför är dess pH-intervall med den högsta buffringen (3.18-5.18) och (2.68-4.68).

Dessutom de polyprotiska syror såsom fosforsyra (H ₃ PO ₄ ) och kol (H ₂ CO ₃ ) har många pK-värden _till som proton kan frigöras. Sålunda, H ₃ PO ₄ har tre pKa _en (2,12, 7,21 och 12,67) och H ₂ CO ₃ har två (6,352 och 10,329).

Om man vill upprätthålla ett pH av 3 i en lösning, kan du välja mellan buffertar HCOONa / HCOOH (pK _a = 3,68) och NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄ (pK _a = 2,12).

Den första bufferten, myrsyra, är närmare pH 3 än fosforsyrabufferten; därför, HCOONa / HCOOH buffertar bättre vid pH 3 än NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄ .

referenser

1. Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5: e upplagan). PEARSON Prentice Hall, s 188-194.
2. Avsar Aras. (20 april 2013). Mini chocker. Hämtad den 9 maj 2018 från: commons.wikimedia.org
3. Wikipedia. (2018). Buffert-lösning. Hämtad den 9 maj 2018, från: en.wikipedia.org
4. Assoc. Professor Lubomir Makedonski, PhD. . Buffertlösningar. Medical University of Varna.
5. Chem Collective. Buffertstudier. Hämtad den 9 maj 2018 från: chemcollective.org
6. askIITians. (2018). Buffert-lösning. Hämtad den 9 maj 2018 från: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Exempel på buffert-, buffert- eller buffertlösningar. Hämtad den 9 maj 2018 från: quimicas.net