Корисність буферів
Буферні розчини є одним з найважливіших типів хімічних реагентів, що використовуються в хімічних дослідженнях, біологічних дослідженнях та промисловості. Їх корисність здебільшого пов'язана з їх здатністю протистояти змінам рН. Якщо ви звернули увагу на уроці природознавства, ви можете згадати, що рН є одиницею кислотності розчину. Для цілей цього обговорення кислотність можна визначити як концентрацію іонів водню (Н +) у розчині. Наскільки кислий розчин впливає на те, які реакції відбуваються і як швидко. Здатність контролювати pH має вирішальне значення для успішного завершення великої кількості хімічних реакцій, тому буферні розчини мають величезну кількість застосувань. Але спочатку важливо зрозуміти, як працюють буферні рішення.
Кислоти та кон'юговані основи
Буферні розчини, як правило, являють собою поєднання кислоти та її кон'югованої основи. Як ми дізналися вище, кислотність можна визначити як концентрацію іонів Н + у розчині. Отже, кислоти - це сполуки, які виділяють іони Н + у розчин. Якщо кислоти збільшують концентрацію Н +, випливає, що протилежності, основи, зменшують концентрацію Н +.
Коли кислота втрачає Н +, вона створює кон’юговану основу. Це найкраще проілюструвати на прикладі, наприклад, CH3COOH (оцтова кислота). Коли CH3COOH діє як кислота, він дисоціює на H + і CH3COO- (ацетат). CH3COO - основа, оскільки вона може приймати Н + для утворення оцтової кислоти. Таким чином, це кон’югована основа оцтової кислоти або основа, яка утворюється, коли оцтова кислота виділяє іон Н +. Спочатку ця концепція здається складною, але будьте впевнені, що неважко виділити спряжені основи в реальних реакціях. По суті, це те, що залишилося від кислоти після вивільнення іона Н +.
Принцип та буфери Ле Шательє
Хімічні реакції оборотні. На прикладі нашої реакції зверху,
CH3COOH> CH3COO- та H +
CH3COO- і H + (продукти) можуть поєднуватися, утворюючи CH3COOH (вихідний матеріал), який ми б назвали "зворотною реакцією". Таким чином, реакція може переходити вправо або вліво, вперед або назад. Принцип Ле Шательє - це правило, згідно з яким ліва і права сторони реакції віддають перевагу певному балансу або співвідношенню між собою. У цьому випадку Принцип Ле Шательє в основному говорить, що якщо ви додаєте більше продукту (Н + або ацетат), реакція зміститься вліво (у бік вихідних речовин) і вихідний матеріал (оцтова кислота) утвориться в відповідь.
Подібним чином, якщо додається більше продукту, утворюється більше вихідного матеріалу. Коли утворюється CH3COOH, H + видаляється з розчину, оскільки він зв’язується з CH3COO-, і, отже, кислотність розчину не збільшується. Той же загальний принцип застосовується, якщо додається основа, виділяється більше Н + і рН розчину залишається незмінним. Це метод, за допомогою якого буферний розчин або комбінація кислоти та її кон’югованої основи може протистояти змінам рН.
Застосування буферних рішень
Ваше тіло використовує буфери для підтримки рН крові 7,35-7,45, а також у величезній кількості біохімічних реакцій із залученням ферментів. Ферменти - це дуже складні сполуки, які часто потребують точного рівня рН, щоб правильно реагувати - роль, яку заповнюють органічні буфери, що виробляються вашим організмом. З цієї ж причини буфери є життєво важливими для біолога або хіміка, який проводить експерименти в лабораторії. Для того, щоб досліджуваний процес відбувався, часто знадобиться певний рН, а буферні розчини - єдиний спосіб забезпечити ці умови.
Буферні розчини також широко використовуються в промисловості. Промислові процеси, що вимагають буферних розчинів, включають бродіння, контроль процесів барвників та виробництво фармацевтичних препаратів.