Ķīmijas pamati: kas ir buferis?

A buferis ir risinājums kas satur vai nu a vāja skābe un tas ir sāls vai a vāja bāze un tas ir sāls, kas ir izturīgs pret izmaiņām pH. Citiem vārdiem sakot, buferis ir vājas skābes un tās konjugētās bāzes vai vājas bāzes un tās konjugētās skābes ūdens šķīdums. Buferi var saukt arī par pH buferi, ūdeņraža jonu buferi vai buferšķīdumu.

Buferi tiek izmantoti, lai uzturētu stabilu pH šķīdumā, jo tie var neitralizēt bāzes papildu skābes nelielus daudzumus. Dotajam buferšķīdumam ir darba pH diapazons un noteikts skābes vai bāzes daudzums, ko var neitralizēt, pirms pH mainīsies. Skābes vai bāzes daudzumu, ko var pievienot buferšķīdumam pirms tā pH maiņas, sauc par tā bufera ietilpību.

Hendersona un Haselbala vienādojums var izmantot bufera aptuvenā pH noteikšanai. Lai izmantotu vienādojumu, līdzsvara koncentrācijas vietā tiek ievadīta sākotnējā koncentrācija vai stehiometriskā koncentrācija.

Bufera ķīmiskās reakcijas vispārējā forma ir:

HA ⇌ H⁺ + A⁻

• asinis - satur bikarbonāta buferšķīduma sistēmu
• TRIS buferis
• fosfāta buferšķīdums

Kā minēts, buferi ir noderīgi noteiktos pH diapazonos. Piemēram, šeit ir parasto bufervielu pH diapazons:

Kad tiek sagatavots buferšķīdums, šķīduma pH tiek noregulēts, lai tas nonāktu pareizajā efektīvajā diapazonā. Parasti skābo buferšķīdumu pH pazemināšanai pievieno stipru skābi, piemēram, sālsskābi (HCl). Lai paaugstinātu sārmainu buferi pH, pievieno spēcīgu bāzi, piemēram, nātrija hidroksīda šķīdumu (NaOH).

Lai saprastu, kā darbojas buferis, apsveriet buferšķīduma piemēru, kas iegūts, izšķīdinot nātrija acetātu etiķskābē. Etiķskābe ir (kā jūs varat pateikt no nosaukuma) skābe: CH₃COOH, kamēr nātrija acetāts disociējas šķīdumā, iegūstot konjugētās bāzes, CH acetāta jonus₃dūdot^-. Reakcijas vienādojums ir šāds:

CH₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃dūdot^-(aq) + H₂O (aq)

Ja šim šķīdumam pievieno stipru skābi, acetāta jons to neitralizē:

CH₃dūdot^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Tādējādi tiek mainīts sākotnējās buferreakcijas līdzsvars, saglabājot stabilu pH līmeni. No otras puses, spēcīga bāze reaģētu ar etiķskābi.

Lielākā daļa buferu darbojas relatīvi šaurā pH diapazonā. Izņēmums ir citronskābe, jo tai ir trīs pKa vērtības. Ja savienojumam ir vairākas pKa vērtības, buferšķīdumam kļūst pieejams lielāks pH diapazons. Ir iespējams arī kombinēt buferus, nodrošinot, ka to pKa vērtības ir tuvu (atšķiras par 2 vai mazāk), un noregulēt pH ar stipru bāzi vai skābi, lai sasniegtu nepieciešamo diapazonu. Piemēram, McIvaine buferšķīdumu sagatavo, apvienojot Na maisījumus₂PO₄ un citronskābe. Atkarībā no savienojumu attiecības, buferšķīdums var būt efektīvs no pH 3,0 līdz 8,0. Maisījums citronskābe, borskābe, monokālija fosfāts un dietila barbituīnskābe var aptvert pH diapazonu no 2,6 līdz 2 12!

• Buferis ir ūdens šķīdums, ko izmanto, lai gandrīz nemainītu šķīduma pH.
• Buferis sastāv no vājas skābes un tās konjugētās bāzes vai vājas bāzes un tās konjugētās skābes.
• Bufera ietilpība ir skābes vai bāzes daudzums, ko var pievienot, pirms mainās bufera pH.
• Buferšķīduma piemērs ir bikarbonāts asinīs, kas uztur ķermeņa iekšējo pH.

• Butlers, Dž. N. (1964). Jonu līdzsvars: matemātiskā pieeja. Addison-Wesley. lpp. 151.
• Karmodija, Valters R. (1961). "Viegli sagatavojamas plaša bufera sērijas". Dž. Chem. Izglītība. 38 (11): 559–560. doi:10.1021 / ed038p559
• Hulanicki, A (1987). Skābju un bāzu reakcijas analītiskajā ķīmijā. Tulkojusi Masson, Mary R. Horvuds. ISBN 0-85312-330-6.
• Mendham, J.; Denijs, R. C.; Bārnss, Dž. D.; Tomass, M. (2000). "5. papildinājums". Vogela kvantitatīvās ķīmiskās analīzes mācību grāmata (5. izdevums). Harlow: Pīrsona izglītība. ISBN 0-582-22628-7.
• Skorpions, R (2000). Skābju pamati, bāzes, buferi un to pielietojums bioķīmiskajās sistēmās. ISBN 0-7872-7374-0.