За какво се използват буферни решения?

Буферните разтвори са един от най-важните видове химически реактиви, използвани в химическите изследвания, биологичните изследвания и промишлеността. Полезността им произтича най-вече от способността им да се противопоставят на промените в pH. Ако сте обърнали внимание в часовете по природни науки, може да си спомните, че рН е единица за киселинност на разтвора. За целите на тази дискусия киселинността може да се определи като концентрация на водородни йони (Н +) в разтвор. Колко киселинно е решението, влияе върху това кои реакции протичат и колко бързо. Способността да се контролира рН е от решаващо значение за успешното завършване на голям брой химични реакции и така буферните разтвори имат огромен брой приложения. Но първо е важно да разберете как работят буферните решения.

Буферните разтвори обикновено са комбинация от киселина и нейната конюгирана основа. Както разбрахме по-горе, киселинността може да се определи като концентрация на H + йони в разтвор. Следователно киселините са съединения, които отделят H + йони в разтвор. Ако киселините повишават концентрацията на Н +, следва, че противоположностите, основите, намаляват концентрацията на Н +.

Когато киселината загуби Н +, тя създава конюгирана основа. Това е най-добре илюстрирано като вземете пример, като CH3COOH (оцетна киселина). Когато CH3COOH действа като киселина, той се дисоциира в H + и CH3COO- (ацетат). CH3COO- е основа, тъй като може да приеме Н + за създаване на оцетна киселина. Следователно това е конюгираната основа на оцетната киселина или основата, която се получава, когато оцетната киселина отделя H + йон. Отначало тази концепция изглежда сложна, но бъдете сигурни, че не е трудно да се изберат конюгирани основи в действителните реакции. По същество е това, което е останало от киселината след отделянето на йон H +.

Химичните реакции са обратими. Като вземем за пример нашата реакция отгоре,

CH3COOH> CH3COO- и H +

CH3COO- и H + (продуктите) могат да се комбинират, за да образуват CH3COOH (изходен материал), което бихме нарекли „обратна реакция“. По този начин реакцията може да продължи надясно или наляво, напред или назад. Принципът на Le Chatelier е правило, според което лявата и дясната страна на реакцията предпочитат определен баланс или съотношение помежду си. В този случай Принципът на Le Chatelier основно гласи, че ако добавите повече продукт (Н + или ацетат), реакцията ще се измести наляво (към изходните материали) и ще се образува изходният материал (оцетна киселина) отговор.

По същия начин, ако се добави повече продукт, ще се образуват повече изходни материали. Когато се образува CH3COOH, H + се отстранява от разтвора, тъй като се свързва с CH3COO- и по този начин киселинността на разтвора няма да се увеличи. Същият общ принцип се прилага, ако се добави основа, освободи се повече Н + и рН на разтвора не се промени. Това е методът, чрез който буферен разтвор или комбинация от киселина и нейната конюгирана основа може да устои на промените в pH.

Вашето тяло използва буфери за поддържане на рН на кръвта от 7,35-7,45, а също и в огромен брой биохимични реакции, включващи ензими. Ензимите са много сложни съединения, които често изискват прецизни нива на pH, за да реагират правилно, роля, изпълнена от органични буфери, произведени от тялото ви. Поради тази причина буферите са жизненоважни за биолог или химик, извършващ експерименти в лабораторията. Често се изисква определено рН, за да настъпи процесът, който се изследва, а буферните разтвори са единственият начин да се осигурят тези условия.

Буферните решения също се използват широко в индустрията. Индустриалните процеси, изискващи буферни разтвори, включват ферментация, контрол на процесите на оцветяване и производство на фармацевтични продукти.