A pufferek hasznossága
A pufferoldatok a vegyi kutatások, a biológiai kutatások és az ipar egyik legfontosabb vegyi reagens-típusa. Hasznosságuk leginkább abból adódik, hogy képesek ellenállni a pH változásainak. Ha odafigyelt a természettudományi órákra, akkor felidézheti, hogy a pH az oldat savasságának mértékegysége. A vita céljából a savasság meghatározható az oldatban lévő hidrogénionok (H +) koncentrációjaként. Az oldat mennyire savas, befolyásolja, hogy milyen reakciók játszódnak le, és milyen gyorsan. A pH szabályozásának képessége kulcsfontosságú a nagyszámú kémiai reakció sikeres befejezéséhez, ezért a pufferoldatoknak nagyon sok alkalmazása van. De először is fontos megérteni a puffer megoldások működését.
Savak és konjugátum alapok
A pufferoldatok általában sav és konjugált bázisának kombinációi. Mint fentebb megtudtuk, a savasság meghatározható az oldatban lévő H + ionok koncentrációjaként. Ezért a savak olyan vegyületek, amelyek H + ionokat oldatba bocsátanak. Ha a savak növelik a H + koncentrációját, az következik, hogy az ellentétek, bázisok csökkentik a H + koncentrációt.
Amikor egy sav veszít egy H + -ból, konjugált bázist hoz létre. Ezt legjobban egy példával szemléltethetjük, például CH3COOH (ecetsav). Amikor a CH3COOH savként működik, disszociál H + és CH3COO- (acetát). A CH3COO- egy bázis, mivel képes elfogadni a H + -ot ecetsav létrehozására. Így az ecetsav konjugált bázisa, vagy az a bázis keletkezik, amikor az ecetsav H + iont szabadít fel. Ez a koncepció eleinte bonyolultnak tűnik, de biztos lehet benne, hogy a tényleges reakciók során nem nehéz kiválasztani a konjugált bázisokat. Lényegében ez marad a savból a H + ion felszabadulása után.
Le Chatelier elve és pufferei
A kémiai reakciók reverzibilisek. A fenti reakciónkat példaként véve,
CH3COOH> CH3COO- és H +
A CH3COO- és a H + (a termékek) egyesülve CH3COOH-t (kiindulási anyag) képezhet, amelyet "fordított reakciónak" neveznénk. A reakció így jobbra vagy balra, előre vagy hátra haladhat. A Le Chatelier-féle elv olyan szabály, amely kimondja, hogy a reakció bal és jobb oldala előnyben részesít egy bizonyos egyensúlyt vagy arányt egymás között. Ebben az esetben a Le Chatelier alapelve alapvetően kimondja, hogy ha további terméket (H + vagy acetátot) ad hozzá, a a reakció balra (a kiindulási anyagok felé) tolódik, és a kiindulási anyag (ecetsav) képződik válasz.
Hasonlóképpen, ha több terméket adunk hozzá, több kiindulási anyag képződik. Amikor CH3COOH képződik, a H + eltávolításra kerül az oldatból, mivel kötődik a CH3COO-hoz, és így az oldat savassága nem növekszik. Ugyanez az általános elv érvényes, ha bázist adunk hozzá, több H + szabadul fel és az oldat pH-értéke nem változik. Ez az a módszer, amellyel egy pufferoldat vagy egy sav és konjugált bázisának kombinációja képes ellenállni a pH változásainak.
A puffer megoldások alkalmazásai
A tested puffereket használ a vér pH-jának 7,35-7,45, valamint enzimeket érintő biokémiai reakciók hatalmas számának fenntartásához. Az enzimek nagyon összetett vegyületek, amelyekhez a pontos reakció érdekében gyakran pontos pH-szintre van szükség. Ezt a szerepet a test által előállított szerves pufferek töltik ki. Ugyanezen okból a pufferek létfontosságúak a laboratóriumban kísérleteket végző biológus vagy vegyész számára. Gyakran egy bizonyos pH-értékre van szükség a vizsgált folyamat kialakulásához, és csak a pufferoldatok biztosítják ezeket a körülményeket.
A pufferoldatokat az iparban is széles körben használják. A pufferoldatokat igénylő ipari folyamatok közé tartozik az erjedés, a festékfolyamatok ellenőrzése és a gyógyszerek gyártása.