Tyto roztoky pufru nebo pufry jsou ty, které může snížit změny v pH v důsledku iontů H 3 O + a OH -. Pokud takové nejsou, některé systémy (například fyziologické) jsou poškozeny, protože jejich složky jsou velmi citlivé na náhlé změny pH.
Stejně jako tlumiče nárazů v automobilech snižují dopady způsobené jejich pohybem, nárazníky dělají totéž, ale s kyselostí nebo zásaditostí roztoku. Kromě toho pufry stanoví specifický rozsah pH, ve kterém jsou účinné.
V opačném případě je H 3 O + ionty se okyselí roztok (hodnota pH klesne na hodnoty nižší než 6), což vede k možným změnám v provádění reakce. Stejný příklad lze použít pro základní hodnoty pH, tj. Větší než 7.
vlastnosti
Složení
V zásadě se skládají z kyseliny (HA) nebo slabé báze (B) a solí jejich konjugované báze nebo kyseliny. V důsledku toho existují dva typy: kyselé pufry a alkalické pufry.
Kyselé pufry odpovídají HA / A - dvojice, kde A - je konjugovaná báze této slabé kyseliny HA a interakce s ionty - jako je například Na + - na soli sodné formě. Tímto způsobem pár zůstává jako HA / NaA, ačkoli to mohou být také draselné nebo vápenaté soli.
Odvozeno od slabé kyseliny HA, pufruje kyselé rozmezí pH (méně než 7) podle následující rovnice:
HA + OH - => A - + H 2 O
Jelikož je však slabou kyselinou, její konjugovaná báze je částečně hydrolyzována za účelem regenerace části spotřebované HA:
A - + H 2 O <=> HA + OH -
Na druhé straně alkalické pufry sestávají z páru B / HB +, kde HB + je konjugovaná kyselina slabé báze. Obecně HB + tvoří soli s chloridovými ionty, přičemž pár zůstává jako B / HBCl. Tyto pufry pufrují základní rozsahy pH (větší než 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
A opět, HB + může být částečně hydrolyzována za účelem regenerace některé ze spotřebovaných B:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Neutralizují jak kyseliny, tak báze
Přestože kyselina pufry pufr kyselé pH a alkalické pH vyrovnávací paměti základní, a to může reagovat s H 3 O + a OH - ionty přes tyto řady chemických rovnic:
- + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Tedy v případě, že HA / A - páru, HA reaguje s OH - iontů, zatímco - -its konjugované bází reaguje s H 3 O +. Pokud jde o B / HB + páru, B reaguje s H 3 O + ionty, zatímco P + - její konjugovaná kyselina - s OH -.
To umožňuje, aby oba pufry neutralizovaly jak kyselé, tak bazické druhy. Výsledkem výše uvedeného ve srovnání například se stálým přidáváním molů OH -, je pokles variace pH (ΔpH):
Výše uvedený obrázek ukazuje pH pufr proti silné bázi (OH - dárce).
Zpočátku je pH kyselé kvůli přítomnosti HA. Když se přidá silná báze, vytvoří se první moly A - a pufr začne působit.
Existuje však oblast křivky, kde je sklon méně strmý; to je tam, kde je tlumení účinnější (namodralý box).
Účinnost
Existuje několik způsobů, jak porozumět koncepci účinnosti tlumení. Jedním z nich je stanovení druhého derivátu křivky pH proti objemu báze, řešení pro V pro minimální hodnotu, což je Veq / 2.
Veq je objem v bodě ekvivalence; Toto je objem báze potřebný k neutralizaci veškeré kyseliny.
Dalším způsobem, jak to pochopit, je přes slavnou Henderson-Hasselbalchovu rovnici:
pH = pK a + log (/)
Zde B označuje základnu, na kyselinu, a pK je nejmenší logaritmus kyseliny konstanty. Tato rovnice platí jak pro kyselý druh HA, tak pro konjugovanou kyselinu HB +.
Pokud je s ohledem na velmi velký, log () vezme velmi zápornou hodnotu, která se odečte od pK a. Pokud je na druhou stranu vzhledem k ní velmi malá, vezme hodnota log () velmi kladnou hodnotu, která se přičte k pK a. Když však = =, log () je 0 a pH = pK a.
Co to všechno znamená? To, že ΔpH bude větší v extrémních uvažovaných pro rovnici, přičemž bude minimální s hodnotou pH, která se rovná pK s; a protože pK a je charakteristický pro každou kyselinu, tato hodnota určuje rozsah pK a ± 1.
Hodnoty pH v tomto rozmezí jsou ty, ve kterých je pufr nejúčinnější.
Příprava
Při přípravě pufrového roztoku je třeba mít na paměti následující kroky:
- Znáte požadované pH, a proto to, které chcete během reakce nebo procesu udržovat co nejkonstantnější.
- Vědět, pH, se člověk podívá na místo mezi všemi slabé kyseliny, ty, jejichž pK je blíže k této hodnotě.
- Jakmile byl vybrán druh HA a vypočtena koncentrace pufru (v závislosti na tom, kolik zásady nebo kyseliny je třeba neutralizovat), zváží se nezbytné množství jeho sodné soli.
Příklady
Kyselina octová má pKa A 4,75, CH 3, COOH; Proto směs stanoveném množství této kyseliny a octanu sodného, CH 3 COONa, tvoří vyrovnávací paměť, která účinně pufrů v rozsahu pH (3.75-5.75).
Další příklady monoprotic kyselin jsou benzoová (C 6 H 5 COOH) a mravenčí (HCOOH) kyseliny. Pro každou z těchto hodnot pK a jsou 4,18 a 3,68; proto jeho pH rozsahy s nejvyššími pufry jsou (3,18-5,18) a (2,68-4,68).
Kromě toho polyprotic kyseliny, jako je kyselina fosforečná (H 3 PO 4) a uhlíku (H 2 CO 3) mají mnoho hodnot pK na jako proton mohou být uvolněny. Tak, H 3 PO 4 má tři pKa (2,12, 7,21 a 12,67), a H 2 CO 3 má dva (6.352 a 10.329).
Chcete-li udržovat pH 3 v roztoku, může vybrat mezi nárazníky HCOONa / HCOOH (PK = 3,68) a NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (PK = 2,12).
První pufr, to je kyselina mravenčí, je blíže pH 3 než pufr kyseliny fosforečné; proto, HCOONa / HCOOH pufry lepší při pH 3 než NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4.
Reference
- Day, R., & Underwood, A. Kvantitativní analytická chemie (5. vydání). PEARSON Prentice Hall, str. 188-194.
- Avsar Aras. (20. dubna 2013). Mini šoky. Citováno z 9. května 2018, z: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Pufrovací roztok. Citováno z 9. května 2018, z: en.wikipedia.org
- Doc. Lubomir Makedonski, PhD.. Pufrovací roztoky. Lékařská univerzita ve Varně.
- Chem Collective. Tlumivé návody. Citováno z 9. května 2018, z: chemcollective.org
- AskIITians. (2018). Pufrovací roztok. Citováno z 9. května 2018, z: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Příklady řešení pufrů, pufrů nebo pufrů. Citováno z 9. května 2018, z: quimicas.net