Буферные растворы это водный раствор, состоящий из смеси слабой кислоты и ее соли (кислотный буфер) или слабого основания с его солью (основной буфер).
Его рН меняется очень незначительно, когда к нему добавляют небольшое количество сильной кислоты или основания, и таким образом используется для предотвращения изменения рН раствора.
Буферные растворы используются для широкого спектра химических применений. Кровь является одним из примеров буферного раствора, встречающегося в природе.
Человеческая кровь имеет естественный рН 7,4. Многие люди испытывают сильное беспокойство и страдают от алкалоза.
Алкалоз — это заболевание, при котором рН крови чрезмерно высок. Обратное состояние называется ацидозом — рН крови превышает 7,4
Некоторые химические реакции протекают только при определенном рН.
Что такое буферные растворы
Растворы со стабильной концентрацией ионов водорода и, следовательно, обычно без изменения рН.
Который почти не зависит от разбавления и который очень мало изменяется при небольших добавках сильной кислоты или щелочи, называются буферами.
Его также можно описать простыми словами как раствор, который предотвращает любое изменение рН при нанесении на него небольшого количества сильной кислоты или сильного основания, который называется буферным раствором или просто буфером.
Оба буфера имеют баланс кислотности и щелочности.
Любые соединения, такие как ацетат аммония, как правило, сопротивляются любому изменению концентрации ионов гидрония или рН всякий раз, когда на них наносят небольшое количество сильной кислоты или сильного основания.
Буферные растворы обычно состоят из смеси слабой кислоты и соли с сильным основанием, таким как CH3COOH и CH3COONa, или слабого основания с сильной кислотой, такой как NH4OH и NH4Cl, и соли.
Механизм буферного действия
Рассмотрим пример pHбуферного раствора, полученного путем растворения ацетата натрия в уксусной кислоте, чтобы рассмотреть, как функционирует буфер.
Как вы можете видеть из названия, ацетатная кислота представляет собой кислоту: CH3COOH, в то время как ацетат натрия диссоциирует в растворе с образованием сопряженного основания, ионов CH3COO-ацетата.
Уравнение реакции имеет вид:
СН3COOH (aq) + OH—(aq) → СН3COO-(aq) + H2O (aq)
Если этот раствор соединить с сильной кислотой, ацетат-ион может нейтрализоваться.
СН3COO-(aq) + H+(aq) → СН3COOH (aq)
Это изменяет исходное равновесие буферной реакции, тем самым поддерживая рН стабильным.
Приготовление буферного раствора
Существует несколько способов приготовления буферного раствора с другим рН.
Приготовьте раствор с кислотой и ее сопряженным основанием в первом подходе, растворив кислотный компонент буфера примерно в 60% от количества воды, используемого для получения конечного объема раствора.
Вместо этого используйте рН-детектор для проверки рН раствора. Используя сильное основание, такое как NaOH, рН можно изменить до желаемого значения.
Если для приготовления буфера используется основание и его сопряженная кислота, рН можно изменить с помощью сильной кислоты, такой как HCl.
Разбавьте раствор до конечного желаемого объема, как только рН станет правильным.
Кроме того, вы должны приготовить растворы как для кислотного типа раствора, так и для основной формы.
Оба раствора должны содержать такое же количество буфера, как и в конечном растворе. Добавляйте один раствор к другому, отслеживая рН, чтобы получить конечный буфер.
В третьем методе, используя уравнение Хендерсона-Хассельбаха, вы можете определить точное количество кислоты и сопряженного основания, необходимое для приготовления буфера с определенным значением рН:
pH = pKa + log|А−||НА|
Типы буферного раствора
Существует две формы буфера: кислотный буфер и базовый буфер.
Кислотный Буфер
Буферный раствор, который содержит большое количество слабой кислоты и ее соли с сильным основанием, называется кислотным буфером.
С кислой стороны, такие буферные растворы имеют рН, ниже 7 при 298 K. Уравнение дает значение рН кислотного буфера. CH3COOH с CH3COONa.
pH = pKa + ln (Соляная)кислота
Где Ka это константа кислотной диссоциации слабой кислоты
Базовый Буфер
Буферный раствор, который содержит относительно большие количества слабого основания и его соли с сильной кислотой, называется простым буфером.
Со щелочной стороны эти буферы имеют рН, то есть рН выше 7 при 298 K. Например, NH4OH и NH4Cl.
рН соответствующего буфера определяется по уравнению
pOH = pKb + ln (Соль)Кислоты
Где, Кб — константа диссоциации основания.
Эти уравнения называются уравнениями Хендерсона Хассельбалха
Примеры буферных растворов
Кровь — содержит бикарбонатную буферную систему
Буфер Tris
Фосфатный буфер
Как упоминалось, буферы полезны в определенных диапазонах рН. Например, вот диапазон рН обычных буферных агентов:
При приготовлении буферного раствора изменяют рН раствора, чтобы он находился в нужном эффективном диапазоне.
Сильную кислоту, такую как соляная кислота (HCl), обычно добавляют для снижения рН кислых буферов.
Для повышения рН щелочных буферов добавляют сильное основание, такое как раствор гидроксида натрия (NaOH).
Важность буферных растворов
Кислотность раствора, в котором они происходят, влияет на множество химических реакций. Для протекания данной реакции или с подходящей скоростью необходимо контролировать рН реакционной среды.
Этот контроль обеспечивается буферными растворами, которые представляют собой растворы, сохраняющие определенный уровень pH.
Биохимические реакции особенно чувствительны к pH. Большинство биологических молекул содержат группы атомов, которые могут быть заряженными или нейтральными в зависимости от рН.
И то, являются ли эти группы заряженными или нейтральными, оказывает значительное влияние на биологическую активность молекулы.
Жидкость внутри клетки и жидкости вокруг клеток имеют характерный и почти постоянный рН во всех многоклеточных организмах.
Этот рН сохраняется несколькими способами, и один из наиболее важных — с помощью буферных систем.