V čem se používají vyrovnávací řešení?

Pufrovací roztoky jsou jedním z nejdůležitějších typů chemických reagencií používaných v chemickém výzkumu, biologickém výzkumu a průmyslu. Jejich užitečnost pramení hlavně z jejich schopnosti odolávat změnám pH. Pokud jste věnovali pozornost na hodinách vědy, možná si vzpomenete, že pH je jednotka kyselosti roztoku. Pro účely této diskuse lze kyselost definovat jako koncentraci vodíkových iontů (H +) v roztoku. Jak kyselý je roztok, ovlivňuje, které reakce probíhají a jak rychle. Schopnost kontrolovat pH je zásadní pro úspěšné dokončení velkého počtu chemických reakcí, a proto mají pufrovací roztoky obrovské množství aplikací. Nejprve je ale důležité pochopit, jak fungují vyrovnávací řešení.

Pufrovací roztoky jsou obvykle kombinací kyseliny a její konjugované báze. Jak jsme se dozvěděli výše, kyselost lze definovat jako koncentraci iontů H + v roztoku. Kyseliny jsou tedy sloučeniny, které uvolňují ionty H + do roztoku. Pokud kyseliny zvyšují koncentraci H +, znamená to, že protiklady, báze, snižují koncentraci H +.

Když kyselina ztratí H +, vytvoří konjugovanou bázi. To lze nejlépe ilustrovat na příkladu, jako je CH3COOH (kyselina octová). Když CH3COOH působí jako kyselina, disociuje na H + a CH3COO- (acetát). CH3COO- je báze, protože může přijímat H + za vzniku kyseliny octové. Je to tedy konjugovaná báze kyseliny octové nebo báze, která se vytváří, když kyselina octová uvolní iont H +. Tento koncept se zpočátku zdá složitý, ale ujistěte se, že není těžké vybrat konjugované báze ve skutečných reakcích. Je to v podstatě to, co zbylo z kyseliny po uvolnění iontu H +.

Chemické reakce jsou reverzibilní. Vezmeme-li si naši reakci shora jako příklad,

CH3COOH> CH3COO- a H +

CH3COO- a H + (produkty) se mohou spojit a vytvořit CH3COOH (výchozí materiál), který bychom nazvali „reverzní reakce“. Reakce tak může probíhat doprava nebo doleva, dopředu nebo dozadu. Le Chatelierův princip je pravidlo, které uvádí, že levá a pravá strana reakce preferují určitou rovnováhu nebo poměr mezi sebou. V tomto případě princip Le Chatelier v zásadě uvádí, že pokud přidáte více produktů (H + nebo acetát), pak reakce se posune doleva (směrem k výchozím materiálům) a vytvoří se výchozí materiál (kyselina octová) Odezva.

Podobně, pokud je přidáno více produktu, vytvoří se více výchozího materiálu. Když se vytvoří CH3COOH, H + se z roztoku odstraní, protože se váže na CH3COO-, a kyselost roztoku se tak nezvýší. Stejný obecný princip platí, pokud se přidá báze, uvolní se více H + a pH roztoku se nezmění. Jedná se o metodu, kterou může pufrovací roztok nebo kombinace kyseliny a její konjugované báze odolávat změnám pH.

Vaše tělo používá pufry k udržení pH krve 7,35-7,45 a také k masivnímu počtu biochemických reakcí zahrnujících enzymy. Enzymy jsou velmi složité sloučeniny, které často vyžadují přesnou hladinu pH, aby správně reagovaly, což je role, kterou plní organické pufry produkované vaším tělem. Ze stejného důvodu jsou pufry životně důležité pro biologa nebo chemika provádějícího experimenty v laboratoři. K tomu, aby nastal studovaný proces, bude často zapotřebí určité pH a jediným způsobem, jak zajistit tyto podmínky, jsou pufrovací roztoky.

Pufrovací řešení jsou také široce používána v průmyslu. Průmyslové procesy vyžadující pufrovací roztoky zahrnují fermentaci, řízení procesů barvení a výrobu léčiv.