Buferių naudingumas
Buferiniai tirpalai yra viena iš svarbiausių cheminių reagentų rūšių, naudojama cheminiuose tyrimuose, biologiniuose tyrimuose ir pramonėje. Jų naudingumą daugiausia lemia jų gebėjimas atsispirti pH pokyčiams. Jei atkreipėte dėmesį į gamtos mokslų pamoką, galite prisiminti, kad pH yra tirpalo rūgštingumo vienetas. Šioje diskusijoje rūgštingumą galima apibrėžti kaip vandenilio jonų (H +) koncentraciją tirpale. Koks yra rūgštus tirpalas, turi įtakos reakcijoms ir kaip greitai. Gebėjimas kontroliuoti pH yra labai svarbus norint sėkmingai užbaigti daugybę cheminių reakcijų, todėl buferiniai tirpalai turi daugybę pritaikymų. Tačiau pirmiausia svarbu suprasti, kaip veikia buferiniai sprendimai.
Rūgštys ir konjugato pagrindai
Buferiniai tirpalai paprastai yra rūgšties ir jos konjuguotos bazės derinys. Kaip sužinojome aukščiau, rūgštingumą galima apibrėžti kaip H + jonų koncentraciją tirpale. Todėl rūgštys yra junginiai, kurie išskiria H + jonus į tirpalą. Jei rūgštys padidina H + koncentraciją, tai reiškia, kad priešingybės, pagrindai sumažina H + koncentraciją.
Kai rūgštis praranda H +, ji sukuria konjuguotą bazę. Tai geriausiai galima parodyti imant pavyzdį, pavyzdžiui, CH3COOH (acto rūgštis). Kai CH3COOH veikia kaip rūgštis, jis disocijuoja į H + ir CH3COO- (acetatą). CH3COO- yra bazė, nes ji gali priimti H +, kad būtų sukurta acto rūgštis. Taigi acto rūgšties konjuguota bazė arba bazė susidaro, kai acto rūgštis išskiria H + joną. Iš pradžių ši koncepcija atrodo sudėtinga, tačiau būkite tikri, kad faktinėse reakcijose nėra sunku pasirinkti konjuguoto pagrindo. Iš esmės tai, kas liko iš rūgšties išsiskyrus H + jonui.
Le Chatelier principas ir buferiai
Cheminės reakcijos yra grįžtamos. Kaip pavyzdį imame mūsų reakciją iš viršaus,
CH3COOH> CH3COO- ir H +
CH3COO- ir H + (produktai) gali susijungti ir sudaryti CH3COOH (pradinė medžiaga), kurią pavadintume „atvirkštine reakcija“. Taigi reakcija gali vykti į dešinę arba į kairę, į priekį arba atgal. „Le Chatelier“ principas yra taisyklė, teigianti, kad kairė ir dešinė reakcijos pusė teikia pirmenybę tam tikrai pusiausvyrai ar santykiui tarp savęs. Šiuo atveju Le Chatelier principas iš esmės teigia, kad jei pridedate daugiau produkto (H + arba acetato), reakcija pasislenks į kairę (link pradinių medžiagų) ir pradinė medžiaga (acto rūgštis) susidarys atsakymą.
Panašiai, jei bus pridėta daugiau produkto, susidarys daugiau pradinės medžiagos. Kai susidaro CH3COOH, H + pašalinamas iš tirpalo, nes jis jungiasi su CH3COO-, taigi tirpalo rūgštingumas nepadidės. Tas pats bendrasis principas galioja, jei pridedama bazė, išsiskiria daugiau H + ir nepakinta tirpalo pH. Tai metodas, kuriuo buferinis tirpalas arba rūgšties ir jos konjuguotos bazės derinys gali atsispirti pH pokyčiams.
Buferinių tirpalų programos
Jūsų kūnas naudoja buferius, kad kraujo pH būtų 7,35–7,45, taip pat atliekant daugybę biocheminių reakcijų, susijusių su fermentais. Fermentai yra labai sudėtingi junginiai, kuriems norint tinkamai reaguoti, dažnai reikalingas tikslus pH lygis, kurį atlieka jūsų organizmo pagaminti organiniai buferiai. Dėl tos pačios priežasties buferiai yra gyvybiškai svarbūs biologui ar chemikui, atliekančiam eksperimentus laboratorijoje. Tam, kad vyktų tiriamas procesas, dažnai reikės tam tikro pH, o buferiniai tirpalai yra vienintelis būdas užtikrinti šias sąlygas.
Buferiniai tirpalai taip pat plačiai naudojami pramonėje. Pramoniniai procesai, kuriems reikalingi buferiniai tirpalai, yra fermentacija, dažų procesų kontrolė ir farmacijos produktų gamyba.