Puskurien hyödyllisyys
Puskuriliuokset ovat yksi tärkeimmistä kemiallisessa tutkimuksessa, biologisessa tutkimuksessa ja teollisuudessa käytetyistä kemiallisista reagensseista. Niiden hyödyllisyys johtuu lähinnä niiden kyvystä vastustaa pH: n muutoksia. Jos kiinnitit huomiota luonnontieteiden luokkaan, saatat muistaa, että pH on yksikkö liuoksen happamuudesta. Tätä keskustelua varten happamuus voidaan määritellä vetyionien (H +) pitoisuutena liuoksessa. Kuinka happama liuos vaikuttaa, mitkä reaktiot tapahtuvat ja kuinka nopeasti. Kyky hallita pH: ta on ratkaisevan tärkeää useiden kemiallisten reaktioiden onnistumiseksi, joten puskuriliuoksilla on valtava määrä sovelluksia. Mutta ensin on tärkeää ymmärtää, miten puskuriratkaisut toimivat.
Hapot ja konjugaattiemäkset
Puskuriliuokset ovat yleensä yhdistelmä happoa ja sen konjugaattiemästä. Kuten edellä opimme, happamuus voidaan määritellä H + -ionien konsentraatioksi liuoksessa. Siksi hapot ovat yhdisteitä, jotka vapauttavat H + -ioneja liuokseen. Jos hapot lisäävät H + -pitoisuutta, tästä seuraa, että vastakohdat, emäkset, vähentävät H + -pitoisuutta.
Kun happo menettää H +: n, se luo konjugaattiemäksen. Tämä voidaan parhaiten havainnollistaa ottamalla esimerkki, kuten CH3COOH (etikkahappo). Kun CH3COOH toimii happona, se hajoaa H +: ksi ja CH3COO- (asetaatti). CH3COO- on emäs, koska se voi hyväksyä H +: n etikkahapon muodostamiseksi. Siten etikkahapon konjugaattiemäs tai emäs syntyy, kun etikkahappo vapauttaa H + -ionia. Tämä konsepti näyttää aluksi monimutkaiselta, mutta voit olla varma, että konjugaattiemästen valitseminen todellisissa reaktioissa ei ole vaikeaa. Se on pohjimmiltaan happoa jäljellä H + -ionin vapautumisen jälkeen.
Le Chatelierin periaate ja puskurit
Kemialliset reaktiot ovat palautuvia. Otetaan reaktio ylhäältä esimerkkinä,
CH3COOH> CH3COO- ja H +
CH3COO- ja H + (tuotteet) voivat yhdistyä muodostaen CH3COOH: n (lähtöaine), jota kutsumme "käänteiseksi reaktioksi". Reaktio voi siis edetä oikealle tai vasemmalle, eteenpäin tai taaksepäin. Le Chatelierin periaate on sääntö, jonka mukaan reaktion vasen ja oikea puoli suosivat tiettyä tasapainoa tai suhdetta keskenään. Tällöin Le Chatelierin periaatteessa todetaan periaatteessa, että jos lisäät tuotetta (H + tai asetaatti), reaktio siirtyy vasemmalle (kohti lähtöaineita) ja lähtöaine (etikkahappo) muodostuu sisään vastaus.
Vastaavasti, jos lisää tuotetta lisätään, muodostuu enemmän lähtöainetta. Kun CH3COOH muodostuu, H + poistuu liuoksesta, kun se sitoutuu CH3COO-: een, joten liuoksen happamuus ei kasva. Samaa yleistä periaatetta sovelletaan, jos lisätään emästä, vapautuu enemmän H +: ta ja liuoksen pH ei muutu. Tämä on menetelmä, jolla puskuriliuos tai hapon ja sen konjugaattiemäksen yhdistelmä voi vastustaa pH: n muutoksia.
Puskuriratkaisujen sovellukset
Kehosi käyttää puskureita ylläpitämään veren pH-arvoa 7,35-7,45 ja myös valtavassa määrin entsyymejä sisältäviä biokemiallisia reaktioita. Entsyymit ovat hyvin monimutkaisia yhdisteitä, jotka vaativat usein tarkkoja pH-tasoja reagoimaan kunnolla, rooli, joka on täynnä kehosi tuottamia orgaanisia puskureita. Samasta syystä puskurit ovat elintärkeitä laboratoriossa kokeita tekevälle biologille tai kemistille. Tutkittavan prosessin toteuttamiseksi tarvitaan usein tietty pH-arvo, ja puskuriliuokset ovat ainoa tapa varmistaa nämä olosuhteet.
Puskuriliuoksia käytetään myös laajalti teollisuudessa. Puskuriliuoksia vaativiin teollisiin prosesseihin kuuluvat käyminen, väriaineprosessien hallinta ja lääkkeiden valmistus.