В чем используются буферные растворы?

Буферные растворы - один из наиболее важных типов химических реагентов, используемых в химических исследованиях, биологических исследованиях и промышленности. Их полезность в основном связана с их способностью противостоять изменениям pH. Если вы обратили внимание на уроке естествознания, вы можете вспомнить, что pH - это единица кислотности раствора. Для целей данного обсуждения кислотность может быть определена как концентрация ионов водорода (H +) в растворе. Насколько кислотен раствор, влияет на то, какие реакции протекают и как быстро. Возможность контролировать pH имеет решающее значение для успешного завершения большого количества химических реакций, поэтому буферные растворы имеют огромное количество применений. Но сначала важно понять, как работают буферные решения.

Буферные растворы обычно представляют собой комбинацию кислоты и ее конъюгированного основания. Как мы узнали выше, кислотность можно определить как концентрацию ионов H + в растворе. Следовательно, кислоты - это соединения, которые выделяют ионы H + в раствор. Если кислоты увеличивают концентрацию H +, значит, противоположности, основания, уменьшают концентрацию H +.

Когда кислота теряет H +, она создает сопряженное основание. Лучше всего это проиллюстрировать на примере, такого как CH3COOH (уксусная кислота). Когда CH3COOH действует как кислота, он диссоциирует на H + и CH3COO- (ацетат). CH3COO- является основанием, так как он может принимать H + с образованием уксусной кислоты. Таким образом, это конъюгированное основание уксусной кислоты или основание, которое образуется, когда уксусная кислота высвобождает ион H +. Поначалу эта концепция кажется сложной, но будьте уверены, что в реальных реакциях выделить сопряженные основания несложно. По сути, это то, что осталось от кислоты после высвобождения иона H +.

Химические реакции обратимы. Взяв нашу реакцию сверху в качестве примера,

CH3COOH> CH3COO- и H +

CH3COO- и H + (продукты) могут объединяться с образованием CH3COOH (исходный материал), что мы назвали бы «обратной реакцией». Таким образом, реакция может идти вправо или влево, вперед или назад. Принцип Ле Шателье - это правило, гласящее, что левая и правая стороны реакции предпочитают определенный баланс или соотношение между собой. В этом случае принцип Ле Шателье в основном гласит, что если вы добавите больше продукта (H + или ацетат), реакция сместится влево (в сторону исходных материалов), и исходный материал (уксусная кислота) будет образовываться в отклик.

Точно так же, если добавляется больше продукта, образуется больше исходного материала. Когда образуется CH3COOH, H + удаляется из раствора, поскольку он связывается с CH3COO-, и, таким образом, кислотность раствора не увеличивается. Тот же самый общий принцип применяется, если добавляется основание, высвобождается больше H + и pH раствора не изменяется. Это метод, с помощью которого буферный раствор или комбинация кислоты и ее конъюгированного основания может противостоять изменениям pH.

Ваше тело использует буферы для поддержания pH крови 7,35-7,45, а также для большого количества биохимических реакций с участием ферментов. Ферменты - это очень сложные соединения, часто требующие точного уровня pH для правильной реакции, и эту роль выполняют органические буферы, вырабатываемые вашим организмом. По этой же причине буферы жизненно важны для биолога или химика, проводящего эксперименты в лаборатории. Для того, чтобы изучаемый процесс происходил, часто требуется определенный pH, и буферные растворы - единственный способ обеспечить эти условия.

Буферные растворы также широко используются в промышленности. Промышленные процессы, требующие буферных растворов, включают ферментацию, контроль процессов окрашивания и производство фармацевтических препаратов.