Hvad bruges bufferløsninger til?

Bufferløsninger er en af ​​de vigtigste typer kemisk reagens, der anvendes i kemisk forskning, biologisk forskning og industri. Deres anvendelighed stammer hovedsageligt fra deres evne til at modstå ændringer i pH. Hvis du har været opmærksom på videnskabsklassen, kan du huske, at pH er en enhed af en opløsnings surhed. Med henblik på denne diskussion kan surhed defineres som koncentrationen af ​​hydrogenioner (H +) i opløsning. Hvor sur en opløsning er, påvirker hvilke reaktioner der finder sted, og hvor hurtigt. Evnen til at kontrollere pH er afgørende for en vellykket gennemførelse af et stort antal kemiske reaktioner, og så bufferopløsninger har et stort antal applikationer. Men først er det vigtigt at forstå, hvordan bufferløsninger fungerer.

Bufferopløsninger er normalt en kombination af en syre og dens konjugatbase. Som vi har lært ovenfor, kan surhed defineres som koncentrationen af ​​H + -ioner i opløsning. Derfor er syrer forbindelser, der frigiver H + -ioner i opløsning. Hvis syrer øger koncentrationen af ​​H +, følger det, at modsætningerne, baserne, reducerer H + -koncentrationen.

Når en syre mister et H +, skaber den en konjugatbase. Dette illustreres bedst ved at tage et eksempel, såsom CH3COOH (eddikesyre). Når CH3COOH fungerer som en syre, adskiller den sig i H + og CH3COO- (acetat). CH3COO- er en base, da den kan acceptere H + til dannelse af eddikesyre. Det er således den konjugerede base af eddikesyre eller basen, der produceres, når eddikesyre frigiver en H + -ion. Dette koncept virker kompliceret i starten, men vær sikker på at det ikke er svært at udvælge konjugerede baser i faktiske reaktioner. Det er i det væsentlige, hvad der er tilbage af syren, efter at en H + -ion frigives.

Kemiske reaktioner er reversible. At tage vores reaktion ovenfra som et eksempel,

CH3COOH> CH3COO- og H +

CH3COO- og H + (produkterne) kan kombineres til dannelse af CH3COOH (udgangsmateriale), som vi vil betegne "omvendt reaktion." En reaktion kan således fortsætte til højre eller venstre, frem eller tilbage. Le Chateliers princip er en regel om, at venstre og højre side af reaktionen foretrækker en vis balance eller forhold imellem hinanden. I dette tilfælde siger Le Chateliers princip grundlæggende, at hvis du tilføjer mere produkt (H + eller acetat), reaktionen vil skifte til venstre (mod udgangsmaterialer) og udgangsmaterialet (eddikesyre) dannes i respons.

Tilsvarende, hvis der tilføjes mere produkt, dannes der mere udgangsmateriale. Når CH3COOH dannes, fjernes H + fra opløsningen, da den binder med CH3COO-, og surhedsgraden i opløsningen vil således ikke øges. Det samme generelle princip gælder, hvis en base tilsættes, mere H + frigøres, og opløsningens pH er uændret. Dette er metoden, hvormed en bufferopløsning eller en kombination af en syre og dens konjugatbase kan modstå ændringer i pH.

Din krop bruger buffere til at opretholde en pH-værdi i blodet på 7,35-7,45 og også i et massivt antal biokemiske reaktioner, der involverer enzymer. Enzymer er meget komplekse forbindelser, der ofte kræver præcise pH-niveauer for at reagere ordentligt, en rolle udfyldt af organiske buffere produceret af din krop. Af samme grund er buffere afgørende for en biolog eller kemiker, der udfører eksperimenter i laboratoriet. Der kræves ofte en vis pH-værdi for at den proces, der undersøges, skal forekomme, og bufferopløsninger er den eneste måde at sikre disse betingelser på.

Bufferløsninger bruges også i vid udstrækning i industrien. Industrielle processer, der kræver bufferopløsninger, inkluderer fermentering, kontrol af farvestofprocesser og fremstilling af lægemidler.