V čem se uporabljajo puferske rešitve?

Puferske raztopine so ena najpomembnejših vrst kemičnih reagentov, ki se uporabljajo v kemijskih raziskavah, bioloških raziskavah in industriji. Njihova uporabnost izhaja predvsem iz njihove sposobnosti, da se uprejo spremembam pH. Če ste bili pozorni pri pouku naravoslovja, se lahko spomnite, da je pH enota kislosti raztopine. Za namen te razprave lahko kislost definiramo kot koncentracijo vodikovih ionov (H +) v raztopini. Kako kisla raztopina vpliva na to, katere reakcije potekajo in kako hitro. Sposobnost nadzora pH je ključnega pomena za uspešno dokončanje velikega števila kemičnih reakcij, zato imajo puferske raztopine veliko aplikacij. Najprej je pomembno razumeti, kako delujejo vmesne rešitve.

Puferske raztopine so običajno kombinacija kisline in njene konjugirane baze. Kot smo že izvedeli, lahko kislost definiramo kot koncentracijo ionov H + v raztopini. Zato so kisline spojine, ki sproščajo ione H + v raztopino. Če kisline povečajo koncentracijo H +, iz tega izhaja, da nasprotja, baze, zmanjšajo koncentracijo H +.

Ko kislina izgubi H +, ustvari konjugirano bazo. To najbolje ponazorimo z zgledom, na primer CH3COOH (ocetna kislina). Ko CH3COOH deluje kot kislina, se disociira na H + in CH3COO- (acetat). CH3COO- je baza, saj lahko sprejme H + za tvorbo ocetne kisline. To je torej konjugirana baza ocetne kisline ali baza, ki nastane, ko ocetna kislina sprosti ion H +. Ta koncept se sprva zdi zapleten, vendar bodite prepričani, da v dejanskih reakcijah ni težko izbrati konjugiranih osnov. V bistvu je tisto, kar ostane od kisline po sproščanju iona H +.

Kemijske reakcije so reverzibilne. Če za primer vzamemo našo reakcijo od zgoraj,

CH3COOH> CH3COO- in H +

CH3COO- in H + (produkta) se lahko združita in tvorita CH3COOH (izhodna snov), ki bi jo poimenovali "obratna reakcija". Tako se lahko reakcija nadaljuje v desno ali levo, naprej ali nazaj. Načelo Le Chatelierja je pravilo, ki pravi, da imata leva in desna stran reakcije raje določeno ravnovesje ali razmerje med seboj. V tem primeru načelo Le Chatelier v bistvu navaja, da če dodate več izdelka (H + ali acetat), reakcija se bo premaknila v levo (proti izhodnim snovem) in vhodna snov (ocetna kislina) bo nastala v odziv.

Če dodamo več izdelka, bo nastalo več izhodnega materiala. Ko nastane CH3COOH, se iz raztopine odstrani H +, saj se veže s CH3COO-, in tako se kislost raztopine ne bo povečala. Enako splošno načelo velja, če dodamo bazo, sprostimo več H + in pH raztopine ostane nespremenjen. To je metoda, s katero se puferska raztopina ali kombinacija kisline in njene konjugirane baze lahko upre spremembam pH.

Vaše telo uporablja pufere za vzdrževanje pH v krvi 7,35-7,45 in tudi v ogromnem številu biokemičnih reakcij, ki vključujejo encime. Encimi so zelo zapletene spojine, ki pogosto zahtevajo natančno raven pH, da lahko pravilno reagirajo, vlogo pa napolnijo organski puferji, ki jih proizvaja vaše telo. Iz istega razloga so puferji bistvenega pomena za biologa ali kemika, ki izvaja eksperimente v laboratoriju. Pogosto bo potreben določen pH, da bo prišlo do procesa, ki ga preučujemo, puferske raztopine pa so edini način za zagotovitev teh pogojev.

Puferske rešitve se pogosto uporabljajo tudi v industriji. Industrijski procesi, ki zahtevajo puferske raztopine, vključujejo fermentacijo, nadzor postopkov barvanja in proizvodnjo farmacevtskih izdelkov.