Waar worden bufferoplossingen voor gebruikt?

Bufferoplossingen zijn een van de belangrijkste soorten chemische reagens die worden gebruikt in chemisch onderzoek, biologisch onderzoek en de industrie. Hun bruikbaarheid komt voornamelijk voort uit hun vermogen om veranderingen in pH te weerstaan. Als je goed hebt opgelet in de wetenschapsles, herinner je je misschien dat pH een eenheid is van de zuurgraad van een oplossing. Voor het doel van deze discussie kan zuurgraad worden gedefinieerd als de concentratie van waterstofionen (H+) in oplossing. Hoe zuur een oplossing is, beïnvloedt welke reacties plaatsvinden en hoe snel. Het vermogen om de pH te regelen is cruciaal voor het succesvol voltooien van een groot aantal chemische reacties, en daarom hebben bufferoplossingen een groot aantal toepassingen. Maar eerst is het belangrijk om te begrijpen hoe bufferoplossingen werken.

Bufferoplossingen zijn meestal een combinatie van een zuur en zijn geconjugeerde base. Zoals we hierboven hebben geleerd, kan zuurgraad worden gedefinieerd als de concentratie van H + -ionen in oplossing. Daarom zijn zuren verbindingen die H+-ionen in oplossing afgeven. Als zuren de concentratie van H+ verhogen, volgt daaruit dat de tegenpolen, basen, de H+-concentratie verlagen.

Wanneer een zuur een H+ verliest, ontstaat er een geconjugeerde base. Dit wordt het best geïllustreerd door een voorbeeld te nemen, zoals CH3COOH (azijnzuur). Wanneer CH3COOH werkt als een zuur, dissocieert het in H+ en CH3COO- (acetaat). CH3COO- is een base, omdat het H+ kan accepteren om azijnzuur te maken. Het is dus de geconjugeerde base van azijnzuur, of de base die wordt geproduceerd wanneer azijnzuur een H+-ion afgeeft. Dit concept lijkt in eerste instantie ingewikkeld, maar wees ervan verzekerd dat het niet moeilijk is om geconjugeerde basen in daadwerkelijke reacties te onderscheiden. Het is in wezen wat er over is van het zuur nadat een H+-ion is vrijgekomen.

Chemische reacties zijn omkeerbaar. Als we onze reactie van bovenaf als voorbeeld nemen,

CH3COOH > CH3COO- en H+

CH3COO- en H+ (de producten) kunnen combineren om CH3COOH (uitgangsmateriaal) te vormen, wat we de "omgekeerde reactie" zouden noemen. Een reactie kan dus naar rechts of naar links, vooruit of achteruit gaan. Het Principe van Le Chatelier is een regel die stelt dat de linker- en rechterkant van de reactie de voorkeur geven aan een bepaald evenwicht of onderlinge verhouding. In dit geval stelt het principe van Le Chatelier in feite dat als je meer product (H+ of acetaat) toevoegt, de reactie zal naar links verschuiven (naar uitgangsmaterialen) en het uitgangsmateriaal (azijnzuur) zal zich vormen in reactie.

Evenzo, als meer product wordt toegevoegd, zal er meer uitgangsmateriaal worden gevormd. Wanneer CH3COOH wordt gevormd, wordt H+ uit de oplossing verwijderd omdat het zich bindt met CH3COO-, en dus zal de zuurgraad van de oplossing niet toenemen. Hetzelfde algemene principe geldt als een base wordt toegevoegd, er meer H+ vrijkomt en de pH van de oplossing ongewijzigd blijft. Dit is de methode waarmee een bufferoplossing, of een combinatie van een zuur en zijn geconjugeerde base, veranderingen in pH kan weerstaan.

Je lichaam gebruikt buffers om een ​​bloed-pH van 7,35-7,45 te handhaven, en ook in een enorm aantal biochemische reacties waarbij enzymen betrokken zijn. Enzymen zijn zeer complexe verbindingen die vaak nauwkeurige pH-waarden vereisen om goed te kunnen reageren, een rol die wordt vervuld door organische buffers die door uw lichaam worden geproduceerd. Om dezelfde reden zijn buffers van vitaal belang voor een bioloog of chemicus die experimenten uitvoert in het laboratorium. Vaak is een bepaalde pH vereist om het onderzochte proces te laten plaatsvinden, en bufferoplossingen zijn de enige manier om aan deze voorwaarden te voldoen.

Bufferoplossingen worden ook veel gebruikt in de industrie. Industriële processen die bufferoplossingen vereisen, zijn onder meer fermentatie, het regelen van kleurstofprocessen en de productie van farmaceutische producten.