Hva brukes bufferløsninger i?

Bufferløsninger er en av de viktigste typene kjemisk reagens som brukes i kjemisk forskning, biologisk forskning og industri. Nytten deres stammer hovedsakelig fra deres evne til å motstå endringer i pH. Hvis du har fulgt oppmerksomheten i naturfagsklassen, kan du huske at pH er en enhet av surhetens løsning. For formålet med denne diskusjonen kan surhet defineres som konsentrasjonen av hydrogenioner (H +) i oppløsning. Hvor sur en løsning er, påvirker hvilke reaksjoner som skjer, og hvor raskt. Evnen til å kontrollere pH er avgjørende for å kunne fullføre et stort antall kjemiske reaksjoner, og så har bufferløsninger et stort antall applikasjoner. Men først er det viktig å forstå hvordan bufferløsninger fungerer.

Bufferløsninger er vanligvis en kombinasjon av en syre og dens konjugatbase. Som vi lærte ovenfor, kan surhet defineres som konsentrasjonen av H + -ioner i løsning. Derfor er syrer forbindelser som frigjør H + -ioner i oppløsning. Hvis syrer øker konsentrasjonen av H +, følger det at motsetningene, basene, reduserer H + -konsentrasjonen.

Når en syre mister en H +, skaper den en konjugert base. Dette illustreres best ved å ta et eksempel, slik som CH3COOH (eddiksyre). Når CH3COOH fungerer som en syre, dissosieres den i H + og CH3COO- (acetat). CH3COO- er en base, da den kan akseptere H + for å lage eddiksyre. Det er således den konjugerte basen av eddiksyre, eller basen som produseres når eddiksyre frigjør et H + -ion. Dette konseptet virker komplisert i begynnelsen, men vær trygg på at det ikke er vanskelig å plukke ut konjugerte baser i faktiske reaksjoner. Det er egentlig det som er igjen av syren etter at et H + ion er frigitt.

Kjemiske reaksjoner er reversible. Tar vi vår reaksjon ovenfra som et eksempel,

CH3COOH> CH3COO- og H +

CH3COO- og H + (produktene) kan kombineres for å danne CH3COOH (utgangsmateriale), som vi vil kalle "omvendt reaksjon." En reaksjon kan således fortsette til høyre eller venstre, fremover eller bakover. Le Chateliers prinsipp er en regel som sier at venstre og høyre side av reaksjonen foretrekker en viss balanse eller forhold seg imellom. I dette tilfellet sier Le Chateliers prinsipp i utgangspunktet at hvis du legger til mer produkt (H + eller acetat), reaksjonen vil skifte til venstre (mot utgangsmaterialer) og utgangsmaterialet (eddiksyre) vil danne seg i respons.

Tilsvarende, hvis mer produkt blir lagt til, vil mer utgangsmateriale dannes. Når CH3COOH dannes, fjernes H + fra løsningen når den binder seg med CH3COO-, og surhetsgraden til løsningen vil dermed ikke øke. Det samme generelle prinsippet gjelder hvis en base tilsettes, mer H + frigjøres og pH i løsningen er uendret. Dette er metoden som en bufferløsning, eller en kombinasjon av en syre og dens konjugatbase, kan motstå endringer i pH.

Kroppen din bruker buffere for å opprettholde en pH i blodet på 7,35-7,45, og også i et stort antall biokjemiske reaksjoner som involverer enzymer. Enzymer er svært komplekse forbindelser som ofte krever presise pH-nivåer for å kunne reagere ordentlig, en rolle fylt av organiske buffere produsert av kroppen din. Av samme grunn er buffere avgjørende for en biolog eller kjemiker som utfører eksperimenter i laboratoriet. Det vil ofte være behov for en viss pH for at prosessen som skal studeres, og bufferløsninger er den eneste måten å sikre disse forholdene.

Bufferløsninger er også mye brukt i industrien. Industrielle prosesser som krever bufferløsninger inkluderer gjæring, kontroll av fargestoffprosesser og produksjon av legemidler.