Kādos gadījumos tiek izmantoti buferšķīdumi?

Buferšķīdumi ir viens no vissvarīgākajiem ķīmisko reaģentu veidiem, ko izmanto ķīmiskajos pētījumos, bioloģiskajos pētījumos un rūpniecībā. To lietderība galvenokārt izriet no to spējas pretoties pH izmaiņām. Ja zinātnes stundā pievērsāt uzmanību, jūs varat atcerēties, ka pH ir šķīduma skābuma vienība. Šīs diskusijas nolūkā skābumu var definēt kā ūdeņraža jonu (H +) koncentrāciju šķīdumā. Cik skābs ir šķīdums, tas ietekmē reakcijas un ātrumu. Spēja kontrolēt pH ir izšķiroša, lai veiksmīgi pabeigtu lielu skaitu ķīmisko reakciju, un tāpēc buferšķīdumiem ir ļoti daudz pielietojumu. Bet vispirms ir svarīgi saprast, kā darbojas buferšķīdumi.

Buferšķīdumi parasti ir skābes un tās konjugāta bāzes kombinācija. Kā mēs uzzinājām iepriekš, skābumu var definēt kā H + jonu koncentrāciju šķīdumā. Tāpēc skābes ir savienojumi, kas šķīdumā atbrīvo H + jonus. Ja skābes palielina H + koncentrāciju, no tā izriet, ka pretstati, bāzes samazina H + koncentrāciju.

Kad skābe zaudē H +, tā rada konjugātu bāzi. To vislabāk ilustrē, ņemot piemēru, piemēram, CH3COOH (etiķskābe). Kad CH3COOH darbojas kā skābe, tā disociējas H + un CH3COO- (acetātā). CH3COO- ir bāze, jo tā var pieņemt H +, lai izveidotu etiķskābi. Tādējādi etiķskābes konjugāta bāze vai bāze rodas, kad etiķskābe izdala H + jonu. Sākumā šī koncepcija šķiet sarežģīta, taču esiet pārliecināti, ka faktiskajās reakcijās nav grūti izvēlēties konjugāta bāzes. Būtībā tas ir tas, kas paliek pāri skābei pēc H + jonu izdalīšanās.

Ķīmiskās reakcijas ir atgriezeniskas. Ņemot par piemēru mūsu reakciju no augšas,

CH3COOH> CH3COO- un H +

CH3COO- un H + (produkti) var apvienoties, veidojot CH3COOH (izejviela), ko mēs sauktu par "reverso reakciju". Tādējādi reakcija var turpināties pa labi vai pa kreisi, uz priekšu vai atpakaļ. Le Chatelier princips ir noteikums, kas nosaka, ka reakcijas kreisā un labā puse dod priekšroku noteiktam līdzsvaram vai attiecībai savā starpā. Šajā gadījumā Le Chatelier princips būtībā nosaka, ka, ja pievienojat vairāk produkta (H + vai acetāta), tad reakcija novirzīsies pa kreisi (pret izejvielām), un izejviela (etiķskābe) veidosies atbildi.

Līdzīgi, ja pievieno vairāk produkta, veidojas vairāk izejvielu. Kad veidojas CH3COOH, H + tiek noņemts no šķīduma, jo tas savienojas ar CH3COO-, un tādējādi šķīduma skābums nepalielināsies. To pašu vispārējo principu piemēro, ja pievieno bāzi, izdalās vairāk H + un šķīduma pH nemainās. Šī ir metode, ar kuru buferšķīdums vai skābes un tās konjugētās bāzes kombinācija var izturēt pH izmaiņas.

Jūsu ķermenis izmanto buferus, lai uzturētu asins pH līmeni 7,35-7,45, kā arī masveidā daudzās bioķīmiskās reakcijās, kurās iesaistīti fermenti. Fermenti ir ļoti sarežģīti savienojumi, kuriem, lai pareizi reaģētu, bieži vajadzīgs precīzs pH līmenis, un šo lomu aizpilda organiskie buferi, ko ražo jūsu ķermenis. Šī paša iemesla dēļ buferi ir vitāli svarīgi biologam vai ķīmiķim, kurš veic eksperimentus laboratorijā. Lai notiktu pētāmais process, bieži būs vajadzīgs noteikts pH līmenis, un buferšķīdumi ir vienīgais veids, kā nodrošināt šos apstākļus.

Buferšķīdumus plaši izmanto arī rūpniecībā. Rūpnieciskie procesi, kuriem nepieciešami buferšķīdumi, ietver fermentāciju, krāsu procesu kontroli un farmaceitisko produktu ražošanu.