Milles kasutatakse puhverlahendusi?

Puhverlahused on üks olulisemaid keemiliste reaktiivide tüüpe, mida kasutatakse keemiauuringutes, bioloogilistes uuringutes ja tööstuses. Nende kasulikkus tuleneb enamasti nende võimest seista vastu pH muutustele. Kui olete teadustunnis tähelepanu pööranud, võite meenutada, et pH on lahuse happesuse ühik. Selle arutelu eesmärgil võib happesust määratleda vesinikioonide (H +) kontsentratsioonina lahuses. Kui lahus on happeline, mõjutab see, millised reaktsioonid toimuvad ja kui kiiresti. PH reguleerimise võime on ülioluline paljude keemiliste reaktsioonide edukaks lõpuleviimiseks ja seetõttu on puhverlahustel palju rakendusi. Kuid kõigepealt on oluline mõista, kuidas puhverlahendused töötavad.

Puhverlahused on tavaliselt happe ja selle konjugaataluse kombinatsioon. Nagu me eespool õppisime, võib happesust määratleda kui H + ioonide kontsentratsiooni lahuses. Seetõttu on happed ühendid, mis vabastavad lahuses H + ioone. Kui happed suurendavad H + kontsentratsiooni, järeldub sellest, et vastandid, alused vähendavad H + kontsentratsiooni.

Kui hape kaotab H +, loob see konjugaat aluse. Seda illustreerib kõige paremini näiteks CH3COOH (äädikhape). Kui CH3COOH toimib happena, dissotsieerub see H + ja CH3COO- (atsetaat). CH3COO- on alus, kuna see võib äädikhappe loomiseks aktsepteerida H +. Seega on äädikhappe konjugaat alus või alus, mis tekib siis, kui äädikhape eraldab H + iooni. See kontseptsioon tundub esialgu keeruline, kuid ole kindel, et tegelikes reaktsioonides ei ole keeruline konjugeeritud aluseid välja valida. See on sisuliselt see, mis jääb happest järele pärast H + iooni vabanemist.

Keemilised reaktsioonid on pöörduvad. Võttes näiteks ülaltoodud reaktsiooni,

CH3COOH> CH3COO- ja H +

CH3COO- ja H + (saadused) võivad ühineda, moodustades CH3COOH (lähteaine), mida me nimetaksime "pöördreaktsiooniks". Seega võib reaktsioon kulgeda paremale või vasakule, edasi või tagasi. Le Chatelieri põhimõte on reegel, mis ütleb, et reaktsiooni vasak ja parem pool eelistavad omavahelist kindlat tasakaalu või suhet. Sel juhul ütleb Le Chatelieri põhimõte põhimõtteliselt, et kui lisate veel toodet (H + või atsetaat), siis reaktsioon nihkub vasakule (lähteainete suunas) ja lähteaine (äädikhape) moodustub vastus.

Samamoodi, kui lisatakse rohkem toodet, moodustub rohkem lähtematerjali. Kui moodustub CH3COOH, eemaldatakse H + lahusest, kuna see seondub CH3COO- -ga ja seega ei suurene lahuse happesus. Sama üldpõhimõte kehtib juhul, kui lisatakse alus, vabaneb rohkem H + ja lahuse pH ei muutu. See on meetod, mille abil puhverlahus või happe ja selle konjugaataluse kombinatsioon suudab vastu seista pH muutustele.

Teie keha kasutab puhvreid, et säilitada vere pH 7,35–7,45, samuti tohutu hulga biokeemiliste reaktsioonide korral, mis hõlmavad ensüüme. Ensüümid on väga keerukad ühendid, mis nõuavad korrektseks reageerimiseks sageli täpset pH-taset. Selle rolli täidavad teie keha toodetud orgaanilised puhvrid. Samal põhjusel on puhvrid üliolulised laboris eksperimente tegevale bioloogile või keemikule. Uuritava protsessi toimumiseks on sageli vaja teatud pH-d ja puhverlahused on ainus viis nende tingimuste tagamiseks.

Puhverlahuseid kasutatakse laialdaselt ka tööstuses. Tööstusprotsessid, mis vajavad puhverlahuseid, hõlmavad kääritamist, värviprotsesside kontrollimist ja ravimite valmistamist.