U čemu se koriste puferska rješenja?

Puferske otopine jedna su od najvažnijih vrsta kemijskih reagensa koja se koristi u kemijskim istraživanjima, biološkim istraživanjima i industriji. Njihova korisnost uglavnom proizlazi iz njihove sposobnosti da se odupru promjenama pH. Ako ste obraćali pozornost na satu prirodoslovlja, možete se sjetiti da je pH jedinica kiselosti otopine. U svrhu ove rasprave, kiselost se može definirati kao koncentracija vodikovih iona (H +) u otopini. Koliko je kisela otopina utječe na to koje se reakcije odvijaju i koliko brzo. Sposobnost kontrole pH presudna je za uspješno dovršavanje velikog broja kemijskih reakcija, pa puferske otopine imaju velik broj primjena. Ali prvo, važno je razumjeti kako funkcioniraju međuspremnici.

Puferske otopine obično su kombinacija kiseline i njezine konjugirane baze. Kao što smo gore naučili, kiselost se može definirati kao koncentracija H + iona u otopini. Stoga su kiseline spojevi koji u otopinu oslobađaju ione H +. Ako kiseline povećavaju koncentraciju H +, proizlazi da suprotnosti, baze, smanjuju koncentraciju H +.

Kad kiselina izgubi H +, stvara konjugiranu bazu. To se najbolje ilustrira uzimanjem primjera, poput CH3COOH (octena kiselina). Kada CH3COOH djeluje kao kiselina, disocira na H + i CH3COO- (acetat). CH3COO- je baza, jer može prihvatiti H + za stvaranje octene kiseline. Stoga je konjugirana baza octene kiseline ili baza koja nastaje kad octena kiselina oslobađa H + ion. Ovaj se koncept u početku čini složenim, ali budite sigurni da nije teško odabrati konjugirane baze u stvarnim reakcijama. U osnovi je ono što je ostalo od kiseline nakon oslobađanja H + iona.

Kemijske reakcije su reverzibilne. Uzimajući za primjer našu reakciju odozgo,

CH3COOH> CH3COO- i H +

CH3COO- i H + (proizvodi) mogu se kombinirati i tvoriti CH3COOH (polazni materijal), što bismo nazvali "obrnuta reakcija". Tako se reakcija može nastaviti udesno ili ulijevo, naprijed ili unatrag. Princip Le Chateliera pravilo je koje kaže da lijeva i desna strana reakcije preferiraju određenu ravnotežu ili omjer između sebe. U ovom slučaju, princip Le Chateliera u osnovi kaže da ako dodate više proizvoda (H + ili acetat), reakcija će se pomaknuti ulijevo (prema početnim materijalima) i početni materijal (octena kiselina) će nastati u odgovor.

Slično tome, ako se doda više proizvoda, stvorit će se više početnog materijala. Kada nastaje CH3COOH, H + se uklanja iz otopine jer se veže s CH3COO-, a time i kiselost otopine neće se povećati. Isti opći princip primjenjuje se ako se doda baza, oslobodi više H + i pH otopine ostane nepromijenjen. Ovo je metoda kojom puferska otopina ili kombinacija kiseline i njezine konjugirane baze mogu odoljeti promjenama pH.

Vaše tijelo koristi pufere za održavanje pH krvi od 7,35-7,45, a također i u velikom broju biokemijskih reakcija koje uključuju enzime. Enzimi su vrlo složeni spojevi koji često trebaju precizne razine pH kako bi pravilno reagirali, ulogu koju ispunjavaju organski puferi koje stvara vaše tijelo. Iz tog istog razloga, puferi su vitalni za biologa ili kemičara koji izvode eksperimente u laboratoriju. Često će biti potreban određeni pH da bi se mogao izvesti postupak koji se proučava, a puferske otopine su jedini način da se osiguraju ti uvjeti.

Puferska rješenja također se široko koriste u industriji. Industrijski procesi koji zahtijevaju puferske otopine uključuju fermentaciju, kontrolu procesa bojenja i proizvodnju lijekova.