Utilitatea tampoanelor
Soluțiile tampon sunt unul dintre cele mai importante tipuri de reactivi chimici utilizați în cercetarea chimică, cercetarea biologică și industrie. Utilitatea lor provine în principal din capacitatea lor de a rezista schimbărilor de pH. Dacă ați acordat atenție la clasa științifică, vă puteți aminti că pH-ul este o unitate a acidității unei soluții. În scopul acestei discuții, aciditatea poate fi definită ca concentrația de ioni de hidrogen (H +) în soluție. Cât de acidă este o soluție afectează reacțiile care au loc și cât de repede. Capacitatea de a controla pH-ul este crucială pentru a finaliza cu succes un număr mare de reacții chimice, astfel încât soluțiile tampon au un număr mare de aplicații. Dar mai întâi, este important să înțelegem cum funcționează soluțiile tampon.
Acizi și baze conjugate
Soluțiile tampon sunt de obicei o combinație a unui acid și a bazei sale conjugate. După cum am aflat mai sus, aciditatea poate fi definită ca concentrația de ioni H + în soluție. Prin urmare, acizii sunt compuși care eliberează ioni H + în soluție. Dacă acizii cresc concentrația de H +, rezultă că opusele, bazele, reduc concentrația de H +.
Când un acid pierde un H +, creează o bază conjugată. Acest lucru este cel mai bine ilustrat luând un exemplu, cum ar fi CH3COOH (acid acetic). Când CH3COOH acționează ca un acid, se disociază în H + și CH3COO- (acetat). CH3COO- este o bază, deoarece poate accepta H + pentru a crea acid acetic. Astfel este baza conjugată a acidului acetic sau baza care se produce atunci când acidul acetic eliberează un ion H +. Acest concept pare complicat la început, dar fiți siguri că nu este greu să alegeți baze conjugate în reacțiile reale. Este în esență ceea ce a rămas din acid după ce un ion H + este eliberat.
Principiul și tampoanele lui Le Chatelier
Reacțiile chimice sunt reversibile. Luând ca exemplu reacția noastră de sus,
CH3COOH> CH3COO- și H +
CH3COO- și H + (produsele) se pot combina pentru a forma CH3COOH (materie primă), pe care am denumi-o „reacție inversă”. O reacție poate deci decurge la dreapta sau la stânga, înainte sau înapoi. Principiul lui Le Chatelier este o regulă care afirmă că partea stângă și dreaptă a reacției preferă un anumit echilibru sau raport între ele. În acest caz, principiul Le Chatelier afirmă în principiu că, dacă adăugați mai mult produs (H + sau acetat), reacția se va deplasa spre stânga (spre materiile prime) și materialul inițial (acid acetic) se va forma în raspuns.
În mod similar, dacă se adaugă mai mult produs, se va forma mai mult material de pornire. Când se formează CH3COOH, H + este îndepărtat din soluție deoarece se leagă cu CH3COO- și, astfel, aciditatea soluției nu va crește. Același principiu general se aplică dacă se adaugă o bază, se eliberează mai mult H + și pH-ul soluției este neschimbat. Aceasta este metoda prin care o soluție tampon, sau o combinație a unui acid și a bazei sale conjugate, poate rezista schimbărilor de pH.
Aplicații ale soluțiilor tampon
Corpul dvs. folosește tampoane pentru a menține un pH din sânge de 7,35-7,45 și, de asemenea, într-un număr masiv de reacții biochimice care implică enzime. Enzimele sunt compuși foarte complecși care necesită adesea niveluri precise de pH pentru a reacționa corect, rol îndeplinit de tampoane organice produse de corpul dumneavoastră. Din același motiv, tampoanele sunt vitale pentru un biolog sau chimist care efectuează experimente în laborator. Un anumit pH va fi adesea necesar pentru ca procesul studiat să aibă loc, iar soluțiile tampon sunt singura modalitate de a asigura aceste condiții.
Soluțiile tampon sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în industrie. Procesele industriale care necesită soluții tampon includ fermentarea, controlul proceselor de colorare și fabricarea produselor farmaceutice.