במה משמשים פתרונות חוצץ?

פתרונות מאגר הם אחד הסוגים החשובים ביותר של ריאגנט כימי המשמשים למחקר כימי, מחקר ביולוגי ותעשייה. התועלת שלהם נובעת בעיקר מיכולתם לעמוד בפני שינויים ב- pH. אם שמתם לב בשיעור מדע, אולי תזכרו כי ה- pH הוא יחידת החומציות של התמיסה. לצורך דיון זה ניתן להגדיר חומציות כריכוז יוני מימן (H +) בתמיסה. עד כמה פתרון חומצי משפיע על התגובות המתרחשות ובאיזו מהירות. היכולת לשלוט ב- pH חיונית להשלמת מספר רב של תגובות כימיות בהצלחה, ולכן יש לפתרונות חיץ מספר עצום של יישומים. אך ראשית, חשוב להבין כיצד פועלים פתרונות חיץ.

פתרונות חוצץ הם בדרך כלל שילוב של חומצה ובסיסה המצומד. כפי שלמדנו לעיל, ניתן להגדיר חומציות כריכוז יוני H + בתמיסה. לכן, חומצות הן תרכובות המשחררות יונים H + לתמיסה. אם חומצות מעלות את ריכוז H +, מכאן נובע שההפכים, הבסיסים, מפחיתים את ריכוז ה- H +.

כאשר חומצה מאבדת H +, היא יוצרת בסיס מצומד. זה מודגם בצורה הטובה ביותר על ידי לקיחת דוגמא, כגון CH3COOH (חומצה אצטית). כאשר CH3COOH פועל כחומצה, הוא מתנתק ל- H + ו- CH3COO- (אצטט). CH3COO- הוא בסיס, מכיוון שהוא יכול לקבל H + ליצירת חומצה אצטית. זהו אפוא הבסיס המצומד של חומצה אצטית, או הבסיס המיוצר כאשר חומצה אצטית משחררת יון H +. תפיסה זו נראית מסובכת בהתחלה, אך היה סמוך ובטוח שלא קשה לבחור בסיסים מצומדים בתגובות ממשיות. זה בעצם מה שנשאר מהחומצה לאחר שחרור יון H +.

תגובות כימיות הפיכות. אם ניקח את התגובה שלנו מלמעלה כדוגמה,

CH3COOH> CH3COO- ו- H +

CH3COO- ו- H + (המוצרים) יכולים להשתלב ליצירת CH3COOH (חומר מוצא), אותו אנו מכנים "התגובה ההפוכה". תגובה יכולה לפיכך להתקדם ימינה או שמאלה, קדימה או אחורה. העיקרון של לה שאטלייר הוא כלל הקובע כי הצד השמאלי והימני של התגובה מעדיפים איזון או יחס מסוים בינם לבין עצמם. במקרה זה, העקרון של Le Chatelier קובע בעצם שאם מוסיפים מוצר נוסף (H + או אצטט), התגובה תעבור שמאלה (לכיוון חומרי התחלה) וחומר המוצא (חומצה אצטית) ייווצר פנימה תְגוּבָה.

באופן דומה, אם נוסף מוצר נוסף, ייווצר חומר התחלתי נוסף. כאשר נוצר CH3COOH, H + מוסר מהתמיסה כשהוא נקשר ל- CH3COO- וכך החומציות של התמיסה לא תגדל. אותו עיקרון כללי חל אם מוסיפים בסיס, יותר H + משתחרר ו- pH של התמיסה אינו משתנה. זוהי השיטה לפיה תמיסת חיץ, או שילוב של חומצה ובסיסה המצומד, יכולים לעמוד בפני שינויים ב- pH.

הגוף שלך משתמש במאגרים כדי לשמור על pH בדם של 7.35-7.45, וגם במספר עצום של תגובות ביוכימיות הקשורות לאנזימים. אנזימים הם תרכובות מורכבות מאוד שלעתים קרובות דורשות רמות pH מדויקות על מנת להגיב כראוי, תפקיד שמלא במאגרים אורגניים המיוצרים על ידי גופך. מאותה סיבה, מאגרים חיוניים לביולוג או כימאי שמבצע ניסויים במעבדה. לרוב יידרש pH מסוים על מנת שהתהליך הנחקר יתרחש, ופתרונות חיץ הם הדרך היחידה להבטיח תנאים אלה.

פתרונות חוצץ נמצאים בשימוש נרחב גם בתעשייה. תהליכים תעשייתיים הדורשים פתרונות חיץ כוללים תסיסה, בקרת תהליכי צבע וייצור תרופות.