Buffere: Kjennetegn, fremstilling og eksempler
Bufferløsninger er de som kan redusere pH-endringer på grunn av H 3 O + og OH- ioner. I fravær av disse, påvirkes enkelte systemer (som fysiologiske), da komponentene er svært følsomme for plutselige endringer i pH.
Akkurat som støtdempere i biler reduserer påvirkningen forårsaket av bevegelsen, gjør bufferne det samme, men med surhet eller basicitet av løsningen. Videre etablerer bufferløsninger et bestemt pH-område innenfor hvilket de er effektive.
Ellers vil H3O + -ionerene surgjøre oppløsningen (pH synker til verdier under 6), noe som resulterer i en mulig forandring i reaksjonens ytelse. Det samme eksempelet kan gjelde for grunnleggende pH-verdier, det vil si større enn 7.
funksjoner
sammensetningen
I hovedsak er de sammensatt av en syre (HA) eller en svak base (B), og salter av dens base- eller syrekonjugater. Følgelig er det to typer: syrebuffere og alkaliske buffere.
Syrebufferne tilsvarer HA / A-paret, hvor A- er konjugatbasen av den svake syre HA og interagerer med ioner-som Na + - for å danne natriumsalter. På denne måten forblir paret som HA / NaA, selv om de også kan være kalium- eller kalsiumsalter.
Når den avledes fra den svake syre HA, damper den syre pH-intervaller (mindre enn 7) i henhold til følgende ligning:
HA + OH- => A- + H20
Imidlertid er det en svak syre, dens konjugerte base hydrolyseres delvis for å regenerere en del av det konsumerte HA:
A- + H20 HA + OH-
På den annen side består alkaliske buffere av paret B / HB +, hvor HB + er den konjugerte syre av den svake basen. Vanligvis danner HB + salter med kloridioner, og etterlater paret som B / HBCl. Disse buffere buffer basis pH-intervaller (større enn 7):
B + H30 + => HB + + H20
Og igjen kan HB + delvis hydrolyse for å regenerere en del av konsumert B:
HB + + H 2 OB + H 3 O +
Nøytraliser både syrer og baser
Selv om syrebufferbuffer pH-syrer og basiske pH-alkaliske buffere, kan begge reagere med H3O + og OH-ionene gjennom disse rekke kjemiske ligninger:
A- + H3O + => HA + H20
HB + + OH- => B + H20
Således, i tilfelle av HA / A-paret, reagerer HA med OH-ionene, mens A- - dens konjugatbase reagerer med H3O +. Så snart paret B / HB +, B reagerer med H3O + -ioner, mens HB + - syrekonjugert - med OH-.
Dette tillater både bufferløsninger å nøytralisere både sure og grunnleggende arter. Resultatet av ovennevnte versus, for eksempel den konstante tilsetning av mol OH-, er reduksjonen i pH-variasjonen (ΔpH):
Øvre bilde viser dempingen av pH mot en sterk base (donor av OH-).
I utgangspunktet er pH syre på grunn av tilstedeværelsen av HA. Når den sterke basen blir tilsatt, dannes de første molene A- og bufferen begynner å tre i kraft.
Imidlertid er det et område av kurven hvor skråningen er mindre bratt; det vil si hvor dempingen er mer effektiv (blåaktig ramme).
effektivitet
Det er flere måter å forstå begrepet buffer effektivitet. En av disse er å bestemme det andre derivatet av pH-kurven versus basisvolumet, og fjerne V for minimumsverdien, som er Veq / 2.
Veq er volumet ved ekvivalenspunktet; Dette er basevolumet som trengs for å nøytralisere hele syren.
En annen måte å forstå det på er gjennom den berømte Henderson-Hasselbalch-ligningen:
pH = pK a + logg ([B] / [A])
Her betegner B basen, A syren, og pK a er den laveste logaritmen til surhetskonstanten. Denne ligningen gjelder både syreartene HA, og den konjugerte syre HB +.
Hvis [A] er veldig stor med hensyn til [B], tar loggen () en svært negativ verdi, som trekkes fra pK a . Hvis tvert imot [A] er svært liten med hensyn til [B], tar verdien av log () en veldig positiv verdi, som legges til pK a . Men når [A] = [B] er loggen () 0 og pH = pK a .
Hva betyr alt ovenfor? At ΔpH vil være større i de ekstremer som vurderes for ligningen, mens det vil være mindre med en pH som er lik pKa; og siden pKa er karakteristisk for hver syre, bestemmer denne verdien området pKa ± 1.
PH-verdiene innenfor dette området er de der bufferen er mer effektiv.
forberedelse
For å forberede en bufferløsning er det nødvendig å huske følgende trinn:
- Kjenn den ønskede pH og dermed den som du vil beholde så konstant som mulig under reaksjonen eller prosessen.
- Å vite pH, ser vi etter alle svake syrer, de som har en pK a som er nærmere denne verdien.
- Når HA-arten er valgt og konsentrasjonen av bufferen beregnet (avhengig av hvor mye base eller syre det er nødvendig å nøytralisere) veies den nødvendige mengden av natriumsaltet.
eksempler
Eddiksyre har en pKa på 4, 75, CH3COOH; Derfor danner en blanding av bestemte mengder av denne syre og natriumacetat, CH3COONa, en buffer som effektivt absorberer i pH-området (3, 75-5, 75).
Andre eksempler på monoprotiske syrer er benzoisk (C6H5COOH) og myresyre (HCOOH) syrer. For hver av disse er dens verdier av pKa 4, 18 og 3, 68; Derfor er deres pH-områder med høyere buffering (3, 18-5, 18) og (2, 68-4, 68).
På den annen side har polyprotiske syrer som fosfor (H3PO4) og karbon (H2CO3) så mange verdier av pKa som protoner kan frigjøre. H3PO4 har således tre pKa (2, 12, 7, 21 og 12, 67) og H2C03 har to (6, 352 og 10, 329).
Hvis du vil opprettholde en pH på 3 i en løsning, kan du velge mellom HCOONa / HCOOH buffer (pK a = 3, 68) og NaH2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2, 12).
Den første bufferen, den av maursyre, er nærmere pH 3 enn fosforsyrebufferen; Derfor er HCOONa / HCOOH bedre buffret ved pH 3 enn NaH2P04 / H3PO4.
