Pufferoldatok
Pufferoldatok.docx
Gyakran a gyakorlati tudományos munkában olyan megoldásokkal kell foglalkoznia, amelyek bizonyos pH-értékekkel rendelkeznek, ami állandó marad az oldat hígításakor, és ha hozzáadásra kerül a sav vagy lúg. Ez puffer megoldások lesznek. Miért állandó az ember és az óceán vize pH-ja? Mivel ezek pufferoldatok!
Hát nem találkoznak a kifejezést „pufferelés”, amikor volt egy beszédet a tevékenységek az egyének, szervezetek, sőt egész államok simítás konfliktusok magán- és a közéletben és a nemzetközi kapcsolatokban?
Az oldatnak egy bizonyos pH fenntartására való képességét pufferhatásnak nevezik. és ennek a tulajdonságnak a megoldásai puffert jelentenek.
Az oldat puffer hatását a pufferkapacitással mérjük. azaz az alkálifém vagy sav mennyisége, amelyet 1 liter oldat hozzáadásával kell hozzáadni, hogy pH-értéke egy értékkel változzon.
Amikor az erős sav titrálódik erős bázissal, az oldat pufferhatása csak nagyon alacsony és nagyon magas pH-érték mellett jelenik meg. A legkisebb pufferkapacitás az egyenértékűségi ponton megoldást kínál. Ehhez az oldathoz elég egy csepp sav vagy lúgoldat hozzáadására, hogy az oldat pH-ja folyamatosan változzon. Azonban a kémiai gyakorlatban gyakran szükségessé válik olyan megoldások kialakulása, amelyeknek stabil pH-értéke semleges.
A pufferoldatok fontos tulajdonsága az, hogy képesek állandó pH-értéket fenntartani az oldat hígításakor. A savak és bázisok oldatai nem nevezhetők pufferoldatoknak. Vízzel hígítva az oldat pH-értéke megváltozik. Ha 0,1 M sósavoldatot hígítottunk 10-szer vízzel, akkor az oldat pH-értéke megváltozott.
A leghatékonyabb pufferoldatokat gyenge sav, sója vagy gyenge bázis és sója oldatából állítjuk elő. Az acetátpufferoldat ecetsav CH3COOH és nátrium-acetát NaHCH3COO oldatát. Az ammónium-pufferoldat ammónium-hidroxid-ammónium-hidroxid és ammónium-klorid NH4CI oldatának oldata.
Az ilyen megoldások pufferhatása a következő folyamatokon alapul. Ha egy-acetát puffer oldatot [CH 3 COOH + NaSN3 COO] adunk belül puffertartály lúgos oldat (NaOH vagy KOH), akkor fordul elő-hidroxid semlegesítésére gyenge sav:
Amikor az erős sav hozzáadásra kerül az acetátpufferoldathoz, a hidrogénionokat a só disszociációja során keletkező gyenge savanionok kötik össze:
Így a kötési hidroxidion vagy hidrogén ionok hozzáadásával egy erős bázis, vagy erős savval, a pH marad gyakorlatilag változatlan pufferben. Így, amikor adunk 1 liter 0,1 M acetát-pufferben, és összehasonlítani, és a vizet 0,01 mól sósav vagy nátrium-hidroxid a pH-ját az alábbi ábrán látható módon.
A pufferoldatok - a foszfát [+] és a karbonát [+] - nagy jelentőséggel bírnak a szervezetek létfontosságú aktivitásának biztosításában, mert állandó fiziológiás folyadékok pH-értékét tartják fenn. Ezen pufferoldatok mellett a vér és más testnedvek pH-ja a fehérjék és a hemoglobin miatt állandó marad. Emberekben a vér pH értéke 7,35-7,45. A vér pufferkapacitása a hemoglobin miatt 75%. Annyira nagy, hogy 50-szer erősebb sav vagy lúg szükséges ahhoz, hogy a pH-t vízzel megegyező mennyiségben változtassa.
Úgynevezett pufferoldatok, amelynek pH-ja változik szinte hozzáadunk kis mennyiségű erős savval vagy lúggal, és a hígítás során. A legegyszerűbb pufferoldat - keverékét egy gyenge sav és egy só, amelynek ez a sav közönséges anion (például egy ecetsav CH3COOH és SN3SOONa nátrium-acetát), vagy ezek keverékét egy gyenge bázis és egy só, amelynek ez a bázis közös kationt (például, a reakcióelegyet ammónium-hidroxid-NH 4OH NH4CI ammónium-kloriddal).
Az 1-es proton-elmélet szempontjából az oldatok pufferhatása egy általános típusú sav-bázis egyensúlyi állapotnak tulajdonítható:
A földelés + H + + BH + konjugált sav
A savas H + H + + A-konjugátum bázis
A B / BH + és az A- / HA konjugált sav-bázis párokat pufferrendszereknek nevezzük.
A pufferoldatok fontos szerepet játszanak az életben. Az élő szervezetek kivételes tulajdonságai között szerepel az a képességük, hogy a biológiai folyadékok, szövetek és szervek - a savalapú homeosztázis - állandó pH-értékét fenntartsák. Ez a állandóság annak a következménye, hogy számos pufferrendszer jelenik meg, amely ezeket a szöveteket alkotja.
A savas-bázisú pufferrendszerek osztályozása. A puffer rendszerek négy típusból állhatnak:
Gyenge sav és anionja A- / HA:
acetát pufferrendszer CH3COO- / CH3COOH CH3COONa és CH3COOH oldatában, a pH tartomány 3, 8 - 5, 8.
HCO3- / H2S03 hidrogén-karbonátos rendszer a NaHCO3 és a H2SO3 oldatában, a hatása tartománya 5, 4-7,4.
Gyenge bázis és kationja V / BH +:
NH3 / NH4 + ammónia pufferrendszer NH3 és NH4CI oldatban,
az intézkedés területe pH = 8, 2 - 10, 2.
Savas és közepes só vagy két savas só anionjai:
karbonátpufferrendszer (СО32- / НСО3-) a Na2C03 és NaHC03 oldatában, a hatása tartománya 9, 3-11, pH = 3.
a HOP42- / H2PO4- foszfátpufferrendszer Na2HPO4 és NaH2PO4 oldatában, aktivitási tartománya 6,2-8,2.
Ezeket a sópuffer-rendszereket 1-es típusnak lehet sorolni, mivel ezeknek a pufferrendszereknek az egyik sója gyenge savként szolgál. Így a foszfátpufferrendszerben a H2PO4 anion gyenge sav.
4. Az amfolinek ionjai és molekulái. Ezek közé tartoznak az aminosav és a fehérje pufferrendszerek. Ha az aminosavak vagy fehérjék izoelektromos állapotban vannak (a molekula összes töltése nulla), akkor ezeknek a vegyületeknek a oldata nem puffer. Pufferelő hatást mutatnak, ha valamilyen sav vagy lúg van hozzá. Ezután a fehérje (aminosav) része átjut a PEC-ből a "fehérje savas" forma vagy a "fehérje-bázis" forma felé. Ebben az esetben kétféle fehérje keverék keletkezik: (R - makromolekuláris fehérje maradék)
a) a gyenge sav "fehérje savas" sója:
R-CH + H + RR-CH
bázis A - konjugált sav NA
(fehérje só-kilo) (fehérje sav)
b) ennek a gyenge bázisnak a gyenge "fehérjealapú" sója:
R-CH + OH-R-CH + H20
savas BH + konjugált bázis
(a fehérje-bázis sója) (fehérje-bázis)
Így az ilyen típusú pufferrendszerek az 1. és a 2. típusú pufferrendszerhez is hozzárendelhetők.
A pufferfolyamat mechanizmusa a CH3COO / CH3COOH acetátpufferrendszer példáján keresztül érthető, amely a sav-bázis egyensúlyon alapul:
CH3COOH NCH3COO- + H +; (pKa = 4, 8)
Az acetát ionok fő forrása az erős CH3COOHa elektrolit:
CH3COOHa® CH3COO- + Na +
Amikor egy erős sav hozzáadásra kerül, a konjugátum bázis CH3COO- kötődik további H + ionokhoz, gyenge ecetsavvá alakulva:
CH3COO- + H + NCH3COOH
(a sav-bázis egyensúly balra mozog, Le Chatelier szerint)
A CH3COO anionok koncentrációjának csökkenése pontosan egyensúlyban van a CH3COOH molekulák koncentrációjának növekedésével. Ennek következtében enyhe változás következik be a gyenge sav és annak sói koncentrációjának arányában, és ennek következtében a pH kis mértékben változik.
Lúg hozzáadása után az ecetsav protonjai (tartalék savasság) további OH-ionokat bocsátanak ki, ezek semlegesítik őket a vízmolekulákhoz:
CH3COOH + OH-CH3COO- + H20
(a savas-bázis egyensúly jobbra mozog, Le Chatelier szerint)
Ebben az esetben a gyenge sav és annak sója koncentrációjának arányában enyhe változás következik be, következésképpen enyhe pH-változás. A gyenge sav CS3COOH koncentrációjának csökkenése pontosan egyensúlyban van a CH3COO- anionok koncentrációjának növekedésével.
Más pufferrendszerek hatásmechanizmusa hasonló. Például a fehérje savas és sóformáival kialakított fehérje pufferoldat esetében, amikor erős sav adagolódik, a H + ionokat a fehérje só formájához kötik:
R - CH + H + ® R - CH
A gyenge sav mennyisége enyhén emelkedik, és a fehérje sóformája - egyenértékű a csökkenő értékkel. Ezért a pH gyakorlatilag állandó marad.
Amikor ezt a pufferoldatot hozzáadjuk lúghoz, a "protein-savban" kötődő H + ionokat felszabadítjuk és a hozzáadott OH-ionokat semlegesítjük:
R-CH + OH-R-CH + H20
Ebben az esetben a fehérje sóformájának mennyisége kissé megnövekszik, és a "fehérje sav" - egyenértékű a csökkenő értékkel. Így a pH nem változik sokat.
Így a fenti rendszer azt mutatta, hogy a pufferelési megoldás kiszorításos sav-bázis egyensúly kötődéssel ionokat adunk egy oldathoz, amely H + és OH- a ezek az ionok reagálnak, és a puffer rendszer komponenseit alkotnak Kis- disszociált termékek.
A pufferrendszerek pH-számításának alapja a savas-bázis egyensúlyi hatású tömeg tömege.
Az 1-es típusú pufferrendszer, például az acetát esetében a H + ionok koncentrációja az oldatban könnyen kiszámítható az ecetsav sav-bázis egyensúlyi állandójától: