Soluții tampon.docx
Deseori, în practica științifică practică trebuie să vă ocupați cu soluții cu o anumită valoare a pH-ului, care rămâne constantă atunci când soluția este diluată și când se adaugă acid sau alcalin. Acestea vor fi soluții tampon. De ce este pH-ul sângelui omului și al oceanului constant? Deoarece acestea sunt soluții tampon!
Nu ai venit peste fraza „tamponarea“, când a existat un discurs despre activitățile de indivizi, organizații și chiar state întregi de uniformizare a conflictelor în viața privată și publică și în relațiile internaționale?
Capacitatea unei soluții de a menține un anumit pH se numește acțiune tampon. iar soluțiile care posedă această proprietate sunt numite cele tampon.
Acțiunea tampon a soluției este măsurată prin capacitatea tampon. și anume cantitatea de alcalii sau acid care trebuie adăugată la 1 litru de soluție, astfel încât valoarea pH-ului să se schimbe cu una.
Atunci când acidul tare este titrat cu o bază tare, efectul tampon al soluției apare numai la valori foarte scăzute și foarte ridicate ale pH-ului. Cea mai mică capacitate tampon are o soluție la punctul de echivalență. La această soluție este suficientă adăugarea unei picături de soluție acidă sau alcalină, astfel încât pH-ul soluției să se schimbe discontinuu. Cu toate acestea, în practica chimică, devine adesea necesar să se aibă soluții cu un pH stabil aproape de neutru.
O proprietate importantă a soluțiilor tampon este capacitatea lor de a menține o valoare constantă a pH-ului atunci când se diluează soluția. Soluțiile de acizi și baze nu pot fi numite soluții tampon. Când este diluat cu apă, pH-ul soluției se modifică. Dacă o soluție de acid clorhidric 0,1 M a fost diluată de 10 ori cu apă, se modifică pH-ul soluției.
Cele mai eficiente soluții tampon sunt preparate din soluții de acid slab și sarea sa sau o bază slabă și sarea sa. Soluția tampon acetat este o soluție de acid acetic CH3COOH și acetat de sodiu NaHCH3COO. Soluția tampon amoniac este o soluție de hidroxid de amoniu NH4OH și clorură de amoniu NH4CI.
Efectul tampon al unor astfel de soluții se bazează pe următoarele procese. Dacă o soluție tampon de acetat de [CH3 COOH + NaSN3 COO] a adăugat soluție tampon în interiorul rezervor alcalină (NaOH sau KOH), se va produce neutralizarea hidroxid de acid slab:
Când acidul tare este adăugat la soluția tampon acetat, ionii de hidrogen sunt legați de anionii slabi ai acidului formați în timpul disocierii sării:
Astfel, ca urmare a legării ionilor de hidroxid sau a ionilor de hidrogen care apar atunci când se adaugă o bază tare sau acid tare, pH-ul soluției tampon rămâne practic neschimbat. Astfel, cu adăugarea tamponului de acetat de 0,1 M în 1 L și, pentru comparație și în apă, 0,01 moli de acid clorhidric sau hidroxid de sodiu, pH-ul soluțiilor ia valorile date mai jos.
Soluțiile tampon - fosfatul [+] și carbonatul [+] - sunt de o mare importanță pentru asigurarea activității vitale a organismelor, deoarece ele mențin un pH constant al fluidelor fiziologice. Pe lângă aceste soluții tampon, pH-ul sângelui și al altor fluide ale corpului este menținut constant datorită proteinelor și hemoglobinei. La om, pH-ul sângelui este de 7,35-7,45. Capacitatea tampon de sânge este de 75% din cauza hemoglobinei. Este atât de mare încât este necesară o creștere de 50 ori mai multă aciditate sau alcalină pentru a modifica pH-ul cu aceeași cantitate ca și apa.
Soluțiile tampon sunt soluții ale căror pH variază în mod substanțial de la adăugarea unor cantități mici de acid tare sau alcaline la acestea, precum și de diluare. Cea mai simplă soluție tampon - un amestec dintr-un acid slab și o sare care are acest anion comun acid (de exemplu, un amestec de CH3COOH acid acetic și SN3SOONa acetat de sodiu), sau un amestec de o bază slabă și o sare cu acest cation comun de bază (de exemplu, un amestec de NH4OH hidroxid de amoniu cu clorură de amoniu NH4CI).
Din punctul de vedere al teoriei protonilor, 1 efectul tampon al soluțiilor se datorează prezenței unui echilibru acido-bazic de tip general:
Conectarea + H + BH + acid conjugat
Concentrația acidă H + H + + A-conjugată
Perele B / BH + și A- / HA conjugate de bază se numesc sisteme tampon.
Soluțiile tampon joacă un rol important în viață. Printre proprietățile excepționale ale organismelor vii se află capacitatea lor de a menține un pH constant al fluidelor, țesuturilor și organelor biologice - homeostazia acido-bazică. Această constanță se datorează prezenței mai multor sisteme tampon care alcătuiesc aceste țesuturi.
Clasificarea sistemelor tampon cu bază acidă. Sistemele tampon pot fi de patru tipuri:
Acidul slab și anionul său A- / HA:
sistem tampon de acetat de SN3SOO- / CH3COOH în soluție SN3SOONa și CH3COOH, domeniul pH 3, 8 - 5 și 8.
Sistemul hidrogen-carbonat HCO3- / H2SO3 în soluția de NaHCO3 și H2SO3, domeniul de acțiune al acestuia este pH 5, 4-7,4.
Baza slabă și cationul său V / BH +:
soluție tampon de amoniac NH3 / NH4 + într-o soluție de NH3 și NH4CI,
domeniul acțiunii sale este de pH 8, 2 - 10, 2.
Anioni de sare acidă și medie sau două săruri acide:
carbonat de soluție tampon CO32- / HCO3- în soluția de Na2CO3 și NaHCO3, intervalul acțiunii sale este de pH 9, 3 - 11, 3.
sistem tampon fosfat NRO42- / N2RO4- Na2NRO4 în soluție și NaN2RO4, domeniul său de pH 6; 2 - 8, 2.
Aceste sisteme tampon de sare pot fi clasificate ca tip 1, deoarece una dintre sărurile acestor sisteme tampon servește ca acid slab. Astfel, în sistemul tampon fosfat, anionul H2PO4 este un acid slab.
4. Ioni și molecule de amfoliți. Acestea includ sistemele tampon de aminoacizi și proteine. Dacă aminoacizii sau proteinele sunt în stare izoelectrică (sarcina totală a moleculei este zero), atunci soluțiile acestor compuși nu sunt tampon. Ele incepe sa arate un efect de tamponare atunci cand unele acid sau alcaline este adaugata la ele. Apoi, o parte din proteină (aminoacidul) trece de la PEC la forma "proteină-acid" sau la forma "protein-base", respectiv. În acest caz, se formează un amestec de două forme de proteine: (R - reziduuri de proteine macromoleculare)
a) "acid proteic" slab + sare a acestui acid slab:
R - CH + H + R - CH
baza A - acid conjugat NA
(proteină sare-kilo) (proteină-acid)
b) slabă "bază de proteine" + sare a acestei baze slabe:
R - CH + OH - R - CH + H20
acid BH + baza B conjugată
(sare a bazei proteice) (baza de proteine)
Astfel, acest tip de sisteme tampon poate fi atribuit, de asemenea, sistemelor tampon de tipul 1 și respectiv 2.
Mecanismul acțiunii tampon poate fi înțeleasă prin exemplul sistemului tampon acetat CH3COO / CH3COOH, care se bazează pe echilibrul acido-bazic:
CH3COOH NCH3COO- + H +; (pKa = 4, 8)
Principala sursă de ioni de acetat este electrolitul puternic CH3COOHa:
CH3COOHa ® CH3COO - + Na +
Când se adaugă un acid puternic, baza conjugată CH3COO - leagă ioni suplimentari de H +, transformându-se în acid acetic slab:
CH3COO - + H + NCH3COOH
(echilibrul acid-bază se deplasează spre stânga, conform lui Le Chatelier)
Scăderea concentrației anionilor CH3COO echilibrează exact creșterea concentrației moleculelor CH3COOH. Ca urmare, există o ușoară modificare a raportului concentrațiilor unui acid slab și a sării acestuia și, prin urmare, pH-ul variază ușor.
Când se adaugă alcaline, protonii acidului acetic (aciditatea rezervelor) eliberează ioni suplimentari de OH, neutralizându-i moleculele de apă:
CH3COOH + OH-CH3COO- + H20
(echilibrul acid-bază se schimbă spre dreapta, conform Le Chatelier)
În acest caz, există, de asemenea, o ușoară modificare a raportului dintre concentrațiile unui acid slab și sarea acestuia și, prin urmare, o ușoară modificare a pH-ului. Scăderea concentrației acidului slab CH3COOH echilibrează exact creșterea concentrației anionilor CH3COO-.
Mecanismul de acțiune al altor sisteme tampon este similar. De exemplu, pentru o soluție tampon proteică formată din forme acide și de sare a unei proteine, atunci când se adaugă un acid tare, ionii H + se leagă prin forma de sare a proteinei:
R - CH + H + R - CH
Cantitatea de acid slab la acest lucru crește ușor, iar forma de sare a proteinei - este echivalentă cu scăderea. Prin urmare, pH-ul rămâne practic constant.
Când se adaugă alcaline la această soluție tampon, ionii H + legați în "acidul proteic" sunt eliberați și neutralizează ionii de OH adăugați:
R - CH + OH - R - CH + H2O
Cantitatea de formă de sare a proteinei în acest caz este ușor crescută, iar "proteina - acid" - este echivalentă cu scăderea. Și astfel pH-ul nu se schimbă prea mult.
Astfel, sistemul de mai sus a arătat că soluția tampon se datorează deplasării echilibrului acido-bazic prin legarea ionilor se adaugă la o soluție de H + și OH- din reacția acestor ioni, și componente tampon de sistem pentru a forma un little- disociat produse.
Baza pentru calculul pH-ului sistemelor tampon este legea maselor acționatoare pentru echilibrul acido-bazic.
Pentru un sistem tampon de tip 1, de exemplu, acetat, concentrația ionilor de H + în soluție se calculează ușor din constanta de echilibru acido-bazică a acidului acetic: