คุณลักษณะบัฟเฟอร์การเตรียมและตัวอย่างของบัฟเฟอร์

สารละลายบัฟเฟอร์ หรือบัฟเฟอร์คือสิ่งที่สามารถลดการเปลี่ยนแปลงค่าความเป็นกรดเนื่องจากไอออน H₃O⁺ และโอ้^-. ในกรณีที่ไม่มีสิ่งเหล่านี้ระบบบางอย่าง (เช่นสรีรวิทยา) บกพร่องเนื่องจากส่วนประกอบของมันไวต่อการเปลี่ยนแปลงค่า pH อย่างฉับพลัน.

เช่นเดียวกับที่โช้คอัพในรถยนต์ลดผลกระทบที่เกิดจากการเคลื่อนไหวบัฟเฟอร์ทำแบบเดียวกัน แต่ด้วยความเป็นกรดหรือความเป็นพื้นฐานของการแก้ปัญหา ยิ่งไปกว่านั้นสารละลายบัฟเฟอร์จะสร้างช่วงค่า pH เฉพาะซึ่งมีประสิทธิภาพ.

มิฉะนั้นไอออน H₃O⁺ ทำให้สารละลายเป็นกรด (ค่า pH ลดลงต่ำกว่า 6) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในการทำงานของปฏิกิริยา ตัวอย่างเดียวกันสามารถนำไปใช้กับค่า pH พื้นฐานนั่นคือมากกว่า 7.

ดัชนี

• 1 ลักษณะ
  • 1.1 องค์ประกอบ
  • 1.2 ทำให้เป็นกลางทั้งกรดและเบส
  • 1.3 ประสิทธิภาพ
• 2 การเตรียมการ
• 3 ตัวอย่าง
• 4 อ้างอิง

คุณสมบัติ

ส่วนประกอบ

ในสาระสำคัญพวกเขาจะประกอบด้วยกรด (HA) หรือฐานที่อ่อนแอ (B) และเกลือของฐานหรือกรดคอนจูเกต ดังนั้นจึงมีสองประเภทคือบัฟเฟอร์กรดและบัฟเฟอร์อัลคาไลน์.

บัฟเฟอร์กรดสอดคล้องกับคู่ HA / A^-, โดยที่^- เป็นฐานผันของกรดอ่อน HA และมีปฏิกิริยากับไอออนเช่น Na⁺- ในรูปแบบเกลือโซเดียม ด้วยวิธีนี้ทั้งคู่ยังคงเป็น HA / NaA แม้ว่ามันจะเป็นเกลือโพแทสเซียมหรือแคลเซียม.

เมื่อได้รับจากกรดอ่อน HA มันจะดูดซับค่า pH ของกรด (น้อยกว่า 7) ตามสมการต่อไปนี้:

ฮ่า + โอ้^- => A^- + H₂O

อย่างไรก็ตามเป็นกรดอ่อนฐานผันของมันคือไฮโดรไลซ์บางส่วนเพื่อสร้างส่วนหนึ่งของ HA ที่บริโภค:

^- + H₂O <=> ฮ่า + โอ้^-

ในทางตรงกันข้ามบัฟเฟอร์อัลคาไลน์ประกอบด้วยคู่ B / HB⁺, ที่ HB⁺ เป็นกรดคอนจูเกตของฐานที่อ่อนแอ โดยทั่วไปแล้ว HB⁺ แบบฟอร์มเกลือด้วยไอออนคลอไรด์ออกจากคู่เป็น B / HBCl บัฟเฟอร์บัฟเฟอร์ช่วง pH พื้นฐานเหล่านี้ (มากกว่า 7):

B + H₃O⁺ => HB⁺ + H₂O

และอีกครั้ง HB⁺ สามารถย่อยสลายไฮโดรไลซ์ได้บางส่วนเพื่อสร้างส่วน B ที่บริโภคใหม่:

HB⁺ + H₂O <=> B + H₃O⁺

ทำให้เป็นกลางทั้งกรดและเบส

ในขณะที่บัฟเฟอร์ของกรดบัฟเฟอร์บัฟเฟอร์กรด pH และบัฟเฟอร์ pH ด่างทั้งสองสามารถทำปฏิกิริยากับไอออน H₃O⁺ และโอ้^- ผ่านชุดสมการทางเคมีเหล่านี้:

^- + H₃O⁺ => HA + H₂O

HB⁺ + OH^- => B + H₂O

ด้วยวิธีนี้ในกรณีของคู่ HA / A^-, HA ทำปฏิกิริยากับไอออน OH^-, ในขณะที่^- -ฐานคอนจูเกต - ทำปฏิกิริยากับ H₃O⁺. สำหรับคู่ B / HB⁺, B ทำปฏิกิริยากับไอออน H₃O⁺, ในขณะที่ HB⁺ -กรดคอนจูเกต - ด้วย OH^-.

สิ่งนี้ช่วยให้สารละลายบัฟเฟอร์ทั้งสองสามารถทำให้เป็นกลางทั้งชนิดที่เป็นกรดและพื้นฐาน ผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบกับข้างบนตัวอย่างเช่นการเพิ่มโมลของ OH อย่างต่อเนื่อง^-, คือการลดลงของการเปลี่ยนแปลงค่า pH (pHpH):

ภาพด้านบนแสดงบัฟเฟอร์ของ pH เทียบกับฐานที่แข็งแกร่ง (ผู้บริจาค OH)^-).

ในขั้นต้นค่า pH คือกรดเนื่องจากการมีอยู่ของ HA เมื่อเพิ่มฐานที่แข็งแกร่งแล้วโมลแรกของ A จะเกิดขึ้น^- และบัฟเฟอร์เริ่มมีผลบังคับใช้.

อย่างไรก็ตามมีพื้นที่ส่วนโค้งที่ลาดชันน้อยกว่า นั่นคือที่การทำให้หมาด ๆ มีประสิทธิภาพมากขึ้น (กรอบสีน้ำเงิน).

อย่างมีประสิทธิภาพ

มีหลายวิธีที่จะเข้าใจแนวคิดของประสิทธิภาพบัฟเฟอร์ หนึ่งในนั้นคือการหาอนุพันธ์อันดับสองของเส้นโค้งค่า pH เทียบกับปริมาตรพื้นฐานการล้าง V สำหรับค่าต่ำสุดซึ่งคือ Veq / 2.

Veq คือปริมาตรที่จุดสมมูล นี่เป็นปริมาตรฐานที่จำเป็นในการทำให้กรดเป็นกลางทั้งหมด.

อีกวิธีที่จะเข้าใจว่ามันคือสมการของเฮนเดอร์สัน - แฮสเซลบาลช์

pH = pK_{ไปยัง} + บันทึก ([B] / [A])

ที่นี่ B หมายถึงฐานกรดและ pK_{ไปยัง} มันเป็นลอการิทึมต่ำสุดของค่าคงที่ความเป็นกรด สมการนี้ใช้กับทั้ง HA ชนิดที่เป็นกรด HA และกรด conjugated HB⁺.

หาก [A] มีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับ [B] log () จะใช้ค่าลบมากซึ่งจะถูกลบออกจาก pK_{ไปยัง}. ถ้าตรงกันข้าม [A] มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับ [B] ค่าของ log () จะมีค่าเป็นบวกซึ่งจะเพิ่ม pK_{ไปยัง}. อย่างไรก็ตามเมื่อ [A] = [B] บันทึก () คือ 0 และ pH = pK_{ไปยัง}.

ทั้งหมดข้างต้นหมายถึงอะไร ว่าΔpHจะมีขนาดใหญ่กว่าในสุดขั้วที่พิจารณาสำหรับสมการในขณะที่มันจะมีขนาดเล็กกว่าด้วยค่า pH เท่ากับ pK_{ไปยัง}; และเป็น pK_{ไปยัง} เป็นลักษณะของกรดแต่ละค่านี้กำหนดช่วง pK_{ไปยัง}± 1.

ค่า pH ในช่วงนี้เป็นค่าที่บัฟเฟอร์มีประสิทธิภาพมากขึ้น.

การจัดเตรียม

ในการเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์จำเป็นต้องคำนึงถึงขั้นตอนต่อไปนี้:

- ทราบค่า pH ที่ต้องการและดังนั้นค่าที่คุณต้องการให้คงที่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในระหว่างปฏิกิริยาหรือกระบวนการ.

- เมื่อรู้ค่า pH เราจะมองหากรดอ่อน ๆ ทั้งหมดที่มี pK_{ไปยัง} ใกล้เคียงกับค่านี้มากขึ้น.

- เมื่อเลือกสปีชีส์ HA และความเข้มข้นของบัฟเฟอร์ที่คำนวณแล้ว (ขึ้นอยู่กับว่าจำเป็นต้องใช้เบสหรือกรดมากแค่ไหนในการต่อต้าน) จำนวนโซเดียมเกลือที่จำเป็นจะถูกชั่งน้ำหนัก.

ตัวอย่าง

กรดอะซิติกมี pK_{ไปยัง} จาก 4.75, CH₃COOH; ดังนั้นส่วนผสมของกรดและโซเดียมอะซิเตตในปริมาณที่แน่นอน₃COONa เป็นบัฟเฟอร์ที่ดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงค่า pH (3.75-5.75).

ตัวอย่างอื่น ๆ ของกรด monoprotic คือกรดเบนโซอิก (C₆H₅COOH) และ formic (HCOOH) สำหรับแต่ละค่า pK เหล่านี้_{ไปยัง} พวกเขาคือ 4.18 และ 3.68; ดังนั้นช่วง pH ของการบัฟเฟอร์สูงกว่าคือ (3.18-5.18) และ (2.68-4.68).

ในทางกลับกันกรดโพลีพติกเช่นฟอสฟอริก₃PO₄) และคาร์บอนิก (H₂CO₃) มีค่า pK มากมาย_{ไปยัง} โปรตอนสามารถปลดปล่อยได้ ดังนั้นเอช₃PO₄ มันมีสาม pK_{ไปยัง} (2.12, 7.21 และ 12.67) และ H₂CO₃ มีสอง (6,352 และ 10,329).

หากคุณต้องการรักษาค่า pH ที่ 3 ในโซลูชันคุณสามารถเลือกระหว่างบัฟเฟอร์ HCOONa / HCOOH (pK_{ไปยัง}= 3.68) และ NaH₂PO₄/ ชม₃PO₄ (pK_{ไปยัง}= 2.12).

บัฟเฟอร์แรกซึ่งเป็นกรดฟอร์มิกนั้นใกล้เคียงกับค่า pH 3 มากกว่าบัฟเฟอร์กรดฟอสฟอริก ดังนั้น HCOONa / HCOOH จะช่วยลดความเป็นกรดที่ pH 3 ได้ดีกว่า NaH₂PO₄/ ชม₃PO₄.

การอ้างอิง

1. วัน, R. , & Underwood, A. เคมีเชิงวิเคราะห์เชิงปริมาณ (ฉบับที่ห้า) PEARSON Prentice Hall, p 188-194.
2. Avsar Aras (20 เมษายน 2013) มินิช็อต สืบค้นเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
3. วิกิพีเดีย (2018) สารละลายบัฟเฟอร์ สืบค้นเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2018 จาก: en.wikipedia.org
4. รศ ศ. Lubomir Makedonski ปริญญาเอก [Doc.] สารละลายบัฟเฟอร์ แพทย์มหาวิทยาลัยวาร์นา.
5. กลุ่มเคมี แบบฝึกหัดบัฟเฟอร์ สืบค้นเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2018 จาก: chemcollective.org
6. askIITians (2018) สารละลายบัฟเฟอร์ สืบค้นเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2018 จาก: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018) ตัวอย่างของโช๊คอัพบัฟเฟอร์หรือสารละลายบัฟเฟอร์ สืบค้นเมื่อวันที่ 9 พฤษภาคม 2018 จาก: quimicas.net