Charakteristiky pufrových roztoků, příprava a příklady



pufrové roztoky nebo pufry jsou takové, které mohou snižovat změny pH způsobené ionty H3O+ a OH-. V nepřítomnosti těchto systémů jsou některé systémy (například fyziologické) poškozeny, protože jejich složky jsou velmi citlivé na náhlé změny pH.

Stejně jako tlumiče nárazů v automobilech snižují dopad způsobený jejich pohybem, nárazníky se chovají stejně, ale s kyselostí nebo zásaditostí roztoku. Navíc pufrové roztoky vytvářejí specifické rozmezí pH, v němž jsou účinné.

Jinak H ionty3O+ okyselí roztok (pH klesne na hodnoty nižší než 6), což má za následek možnou změnu výkonu reakce. Stejný příklad může platit pro základní hodnoty pH, tj. Větší než 7.

Index

  • 1 Charakteristika
    • 1.1 Složení
    • 1.2 Neutralizovat kyseliny i zásady
    • 1.3 Účinnost
  • 2 Příprava
  • 3 Příklady
  • 4 Odkazy

Vlastnosti

Složení

V podstatě se skládají z kyseliny (HA) nebo slabé báze (B) a solí jejích konjugátů bází nebo kyselin. V důsledku toho existují dva typy: kyselé pufry a alkalické pufry.

Kyselé pufry odpovídají páru HA / A-, kde A- je konjugovaná báze slabé kyseliny HA a interaguje s ionty, jako je Na+- za vzniku sodných solí. Tímto způsobem zůstává pár jako HA / NaA, i když to mohou být také draselné nebo vápenaté soli.

Když pochází ze slabé kyseliny HA, tlumí kyselé rozmezí pH (méně než 7) podle následující rovnice:

HA + OH- => A- + H2O

Nicméně, protože je slabou kyselinou, její konjugovaná báze je částečně hydrolyzována za účelem regenerace části spotřebované HA:

A- + H2O <=> HA + OH-

Na druhé straně se alkalické pufry skládají z páru B / HB+, kde HB+ je konjugovaná kyselina slabé báze. Obecně platí, že HB+ tvoří soli s chloridovými ionty, což ponechává pár jako B / HBCl. Tyto pufry pufrují základní rozsahy pH (větší než 7):

B + H3O+ => HB+ + H2O

A znovu, HB+ částečně hydrolyzovat za účelem regenerace části spotřebovaného B:

HB+ + H2O <=> B + H3O+

Neutralizujte kyseliny i zásady

Zatímco kyselé pufry pufrují pH kyselin a alkalických pH pufrů, obě mohou reagovat s ionty H3O+ a OH- přes tyto řady chemických rovnic:

A- + H3O+ => HA + H2O

HB+ + OH- => B + H2O

Tímto způsobem, v případě páru HA / A-, HA reaguje s OH ionty-, zatímco A- -jeho konjugovaná báze - reaguje s H3O+. Stejně jako u dvojice B / HB+, B reaguje s ionty H3O+, při HB+ -jeho konjugovaná kyselina - s OH-.

To umožňuje, aby oba pufrové roztoky neutralizovaly jak kyselé, tak bazické druhy. Výsledek výše uvedeného, ​​například, stálého přidávání OH molů-, je pokles pH změny (ΔpH):

Horní obrázek ukazuje pufrování pH proti silné bázi (donor OH).-).

Zpočátku je pH v důsledku přítomnosti HA kyselé. Když se přidá silná báze, vytvoří se první moly A- a vyrovnávací paměť se začne projevovat.

Nicméně, tam je oblast křivky kde sklon je méně strmý; tzn. tam, kde je tlumení účinnější (modravý rám).

Účinnost

Existuje několik způsobů, jak porozumět konceptu účinnosti vyrovnávací paměti. Jedním z nich je stanovení druhé derivace pH křivky oproti základnímu objemu, vymazání V pro minimální hodnotu, kterou je Veq / 2.

Veq je objem v bodě ekvivalence; to je základní objem potřebný k neutralizaci veškeré kyseliny.

Další způsob, jak to pochopit, je prostřednictvím slavné rovnice Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log ([B] / [A])

Zde B označuje zásadu, kyselinu A a pKa je to nejnižší logaritmus konstanty kyselosti. Tato rovnice platí jak pro kyselý druh HA, tak pro konjugovanou kyselinu HB+.

Pokud je [A] velmi velké vzhledem k [B], má log () velmi zápornou hodnotu, která se odečte od pKa. Pokud je naopak [A] velmi malé vzhledem k [B], hodnota log () nabývá velmi kladné hodnoty, která přidává k pKa. Nicméně, když [A] = [B], log () je 0 a pH = pKa.

Co to znamená? ΔpH bude větší v extrémech uvažovaných pro rovnici, zatímco bude menší s hodnotou pH rovnou pKa; a jako pKa je charakteristická pro každou kyselinu, tato hodnota určuje rozsah pKa± 1.

Hodnoty pH v tomto rozmezí jsou hodnoty, ve kterých je pufr účinnější.

Příprava

Pro přípravu pufrového roztoku je třeba mít na paměti následující kroky:

- Znát požadovanou hodnotu pH a tím i hodnotu, kterou chcete během reakce nebo procesu udržet co nejkonstantnější.

- Známe-li pH, hledáme všechny slabé kyseliny, ty, jejichž pKa je blíže této hodnotě.

- Jakmile byl zvolen druh HA a vypočtena koncentrace pufru (v závislosti na tom, kolik báze nebo kyseliny je nutné neutralizovat), zváží se potřebné množství jeho sodné soli..

Příklady

Kyselina octová má pKa 4,75, CH3COOH; Proto je směs určitých množství této kyseliny a octanu sodného CH3COONa, tvoří pufr, který účinně absorbuje v rozmezí pH (3,75-5,75).

Další příklady monoprotických kyselin jsou kyseliny benzoové (C6H5COOH) a mravenčí (HCOOH). Pro každou z těchto hodnot pKa jsou 4,18 a 3,68; proto jejich rozsahy pH vyššího pufru jsou (3,18-5,18) a (2,68-4,68).

Na druhé straně polyprotické kyseliny, jako je fosforečná kyselina (H3PO4) a uhličitá (H2CO3) mají tolik hodnot pKa jako protony se mohou uvolnit. Takže, H3PO4 Má tři pKa (2.12, 7.21 a 12.67) a H2CO3 má dvě (6 352 a 10 329).

Pokud chcete v roztoku udržet pH 3, můžete si vybrat mezi pufrem HCOONa / HCOOH (pKa= 3,68) a NaH2PO4/ H3PO4 (pKa= 2,12).

První pufr, pufr kyseliny mravenčí, je blíže pH 3 než pufr kyseliny fosforečné; proto HCOONa / HCOOH vlhčí lépe při pH 3 než NaH2PO4/ H3PO4.

Odkazy

  1. Den, R., & Underwood, A. Kvantitativní analytická chemie (páté vydání). PEARSON Prentice Hall, str. 188-194.
  2. Avsar Aras. (20. dubna 2013). Mini šoky Získáno 9. května 2018, z: commons.wikimedia.org
  3. Wikipedia. (2018). Pufrovací roztok. Získáno dne 9. května 2018, z: en.wikipedia.org
  4. Doc. Lubomír Makedonski, PhD. [Doc.] Pufrovací roztoky. Lékařská univerzita ve Varně.
  5. Chem Collective. Výukové programy pro vyrovnávací paměť. Získaný 9. května 2018, od: chemcollective.org
  6. zeptat seIITI. (2018). Roztok pufru. Získáno dne 9. května 2018, z: askiitians.com
  7. Quimicas.net (2018). Příklady tlumičů nárazů, pufrů nebo pufrů. Získáno 9. května 2018, od: quimicas.net