Charakteristiky pufrových roztokov, príprava a príklady

tlmivé roztoky alebo pufre sú tie, ktoré môžu znížiť zmeny pH v dôsledku iónov H₃O⁺ a OH^-. Pri ich absencii sú niektoré systémy (ako napríklad fyziologické) poškodené, pretože ich zložky sú veľmi citlivé na náhle zmeny pH.

Rovnako ako tlmiče nárazov v automobiloch znižujú vplyv spôsobený ich pohybom, nárazníky robia to isté, ale s kyslosťou alebo zásaditou roztoku. Okrem toho tlmivé roztoky vytvárajú špecifické rozmedzie pH, v ktorom sú účinné.

Inak H ióny₃O⁺ okysliť roztok (pH klesne na hodnoty nižšie ako 6), čo vedie k možnej zmene výkonu reakcie. Rovnaký príklad sa môže použiť pre základné hodnoty pH, to znamená väčšie ako 7.

index

• 1 Charakteristiky
  • 1.1 Zloženie
  • 1.2 Neutralizovať kyseliny a zásady
  • 1.3 Účinnosť
• 2 Príprava
• 3 Príklady
• 4 Odkazy

rysy

zloženie

V podstate sa skladajú z kyseliny (HA) alebo slabej bázy (B) a solí jej konjugátov báz alebo kyselín. V dôsledku toho existujú dva typy: kyselinové pufre a alkalické pufre.

Kyslé pufry zodpovedajú páru HA / A^-, kde A^- je konjugovaná báza slabej kyseliny HA a interaguje s iónmi, ako napríklad Na⁺- za vzniku sodných solí. Týmto spôsobom zostáva pár ako HA / NaA, aj keď to môžu byť aj draselné alebo vápenaté soli.

Keď pochádza zo slabej kyseliny HA, tlmí kyslé rozsahy pH (menej ako 7) podľa nasledujúcej rovnice:

HA + OH^- => A^- + H₂O

Keďže je však slabá kyselina, jej konjugovaná báza sa čiastočne hydrolyzuje, aby sa regenerovala časť spotrebovanej HA:

^- + H₂O <=> HA + OH^-

Na druhej strane alkalické pufre pozostávajú z páru B / HB⁺, kde HB⁺ je konjugovaná kyselina slabej bázy. Všeobecne platí, že HB⁺ tvorí soli s chloridovými iónmi, pričom pár zostáva ako B / HBCl. Tieto pufre pufrujú zásadité rozsahy pH (väčšie ako 7):

B + H₃O⁺ => HB⁺ + H₂O

A opäť, HB⁺ čiastočne hydrolyzovať na regeneráciu časti spotrebovaného B: \ t

polpenzia⁺ + H₂O <=> B + H₃O⁺

Neutralizovať kyseliny aj zásady

Zatiaľ čo kyslé pufry pufrujú pH kyselín a alkalických pH pufrov, obe môžu reagovať s iónmi H₃O⁺ a OH^- prostredníctvom týchto sérií chemických rovníc:

^- + H₃O⁺ => HA + H₂O

polpenzia⁺ + OH^- => B + H₂O

Týmto spôsobom, v prípade páru HA / A^-, HA reaguje s iónmi OH^-, kým A^- -jeho konjugovaná báza - reaguje s H₃O⁺. Čo sa týka páru B / HB⁺, B reaguje s H iónmi₃O⁺, počas HB⁺ -jeho konjugovaná kyselina - s OH^-.

To umožňuje, aby oba tlmivé roztoky neutralizovali kyslé aj zásadité druhy. Výsledok vyššie uvedeného, ​​napríklad, konštantný prídavok OH mólov^-, je zníženie kolísania pH (ΔpH):

Horný obrázok ukazuje pufrovanie pH proti silnej báze (donor OH).^-).

Spočiatku je pH v dôsledku prítomnosti HA kyslé. Keď sa pridá silná báza, vytvoria sa prvé moly A^- a buffer sa začne prejavovať.

Existuje však oblasť krivky, kde je sklon menej strmý; to znamená, že tlmenie je efektívnejšie (modrastý rám).

efektívnosť

Existuje niekoľko spôsobov, ako pochopiť koncepciu účinnosti vyrovnávacej pamäte. Jedným z nich je určenie druhej derivácie krivky pH oproti základnému objemu, pričom sa zúčtuje hodnota V pre minimálnu hodnotu, ktorou je Veq / 2.

Veq je objem v bode ekvivalencie; toto je základný objem potrebný na neutralizáciu celej kyseliny.

Ďalší spôsob, ako to pochopiť, je prostredníctvom slávnej rovnice Henderson-Hasselbalch:

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

Tu B označuje bázu, kyselinu A a pK_na je to najnižšia logaritmus kyslej konštanty. Táto rovnica sa týka tak kyslého druhu HA, ako aj konjugovanej kyseliny HB⁺.

Ak je [A] veľmi veľké vzhľadom na [B], log () má veľmi zápornú hodnotu, ktorá je odčítaná od pK_na. Ak je naopak [A] veľmi malé vzhľadom na [B], hodnota log () má veľmi kladnú hodnotu, ktorá pridáva k pK_na. Avšak, keď [A] = [B], log () je 0 a pH = pK_na.

Čo to znamená? ΔpH bude väčší v extrémoch uvažovaných pre rovnicu, pričom bude menší s hodnotou pH rovnou pK_na; a ako pK_na charakteristická pre každú kyselinu, táto hodnota určuje rozsah pK_na± 1.

Hodnoty pH v tomto rozsahu sú hodnoty, v ktorých je pufor účinnejší.

príprava

Pre prípravu tlmivého roztoku je potrebné mať na pamäti nasledujúce kroky:

- Poznajte požadované pH, a teda hodnotu, ktorú chcete počas reakcie alebo procesu udržiavať čo najkonštantnejšiu.

- Poznajúc pH, hľadáme všetky slabé kyseliny, tie, ktorých pK_na je bližšie k tejto hodnote.

- Po výbere druhu HA a vypočítaní koncentrácie pufra (v závislosti od množstva bázy alebo kyseliny, ktorá sa má neutralizovať) sa odváži potrebné množstvo jeho sodnej soli..

Príklady

Kyselina octová má pK_na 4,75, CH₃COOH; Preto zmes určitých množstiev tejto kyseliny a octanu sodného, ​​CH₃COONa, tvoria tlmivý roztok, ktorý účinne absorbuje v rozsahu pH (3,75 - 5,75).

Ďalšími príkladmi monoprotických kyselín sú kyseliny benzoové (C₆H₅COOH) a mravčanu (HCOOH). Pre každú z týchto hodnôt pK_na sú 4,18 a 3,68; preto ich rozsahy pH vyšších pufrov sú (3,18 až 5,18) a (2,68 až 4,68).

Na druhej strane, polyprotické kyseliny ako fosforečná (H₃PO₄) a karbonátu (H₂CO₃) majú toľko hodnôt pK_na ako sa môžu uvoľňovať protóny. Takže, H₃PO₄ Má tri pK_na (2.12, 7.21 a 12.67) a H₂CO₃ má dve (6 352 a 10 329).

Ak chcete udržať pH 3 v roztoku, môžete si vybrať medzi pufrom HCOONa / HCOOH (pK_na= 3,68) a NaH₂PO₄/ H₃PO₄ (pK_na= 2.12).

Prvý pufor, roztok kyseliny mravčej, je bližšie k pH 3 ako tlmivý roztok kyseliny fosforečnej; preto HCOONa / HCOOH vlhčí lepšie pri pH 3 ako NaH₂PO₄/ H₃PO₄.

referencie

1. Deň, R., & Underwood, A. Kvantitatívna analytická chémia (piate vydanie). PEARSON Prentice Hall, str. 188-194.
2. Avsar Aras. (20. apríl 2013). Mini šoky Získané dňa 9. mája 2018, z: commons.wikimedia.org
3. Wikipedia. (2018). Pufrovací roztok. Získané dňa 9. mája 2018, z: en.wikipedia.org
4. Doc. Lubomir Makedonski, PhD. [Doc.]. Tlmivé roztoky. Lekárska univerzita vo Varne.
5. Chem Collective. Výukové programy na vyrovnávaciu pamäť. Získané dňa 9. mája 2018, z: chemcollective.org
6. askIITians. (2018). Roztok pufra. Získané dňa 9. mája 2018, z: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Príklady roztokov tlmenia nárazov, pufrov alebo pufrov. Získané dňa 9. mája 2018, z: quimicas.net