Tlumivý roztok

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 10. července 2021; kontroly vyžadují 5 úprav .

Tlumivé roztoky (z angl . buffer , z buff - „změkčit úder“) - roztoky s určitou stabilní koncentrací vodíkových iontů , jejichž pH se málo změní, když se k nim přidá malá množství silné zásady nebo silné kyseliny , např. stejně jako když se zředí a zahustí.

Princip činnosti nárazníkových systémů

Pufrové systémy jsou směsí kyseliny (donor protonu) a její konjugované báze (akceptor protonu), tedy částice, které se liší . V roztoku se ustaví rovnováha: ${\ce {H+))$

{\ce {H2O <=> H+ + OH-}}

( autoprotolýza vody)

{\ce {HA <=> H+ + A-}}

(disociace kyseliny, náboje jsou podmíněné, na základě předpokladu, že kyselina je neutrální molekula)

Každá z těchto rovnováh je charakterizována svou vlastní konstantou: první je iontový produkt vody , druhá je disociační konstanta kyseliny .

Když je do systému přidána silná kyselina, protonizuje zásadu [1] , která je obsažena ve směsi pufru, a přidání silné zásady váže protony a posouvá druhou rovnováhu směrem k produktům, přičemž v důsledku koncentrace v roztoku se mírně mění [2] . ${\ce {H+))$

Vyrovnávací systémy

Systémy lze použít jako pufrovací směsi:

slabá kyselina a její sůl se silnou zásadou, například acetátový pufr CH 3 COOH + CH 3 COONa

{\mathsf {CH_{3}COOH\rightleftarrows CH_{3}COO^{-}+H^{+))}

slabá zásada a její sůl se silnou kyselinou, jako je amoniakální pufr NH 4 OH + NH 4 Cl

{\mathsf {NH_{4}OH\rightleftarrows NH_{4}^{+}+OH^{-}}}

kyselá sůl a střední sůl slabé kyseliny se silnou zásadou, např. uhličitanový pufr Na 2 CO 3 + NaHCO 3

{\displaystyle {\mathsf {HCO_{3}^{-}\rightarrow CO_{3}^{2-}+H^{+))))

Výpočet pH pufrovacích systémů

Hodnotu pH tlumivých roztoků lze vypočítat pomocí Hendersonovy rovnice :

Pro slabou kyselinu HA a její sůl se silnou zásadou BA

{\mathsf {pH=pK_{HA}+lg{\frac {C_{BA}}{C_{HA}}}}}

Pro slabou zásadu BOH a její sůl se silnou kyselinou BA

{\mathsf {pH=14-pK_{BOH}+lg{\frac {C_{BOH}}{C_{BA}}}}}

Například pH roztoku amoniakového pufru NH 4 OH + NH 4 Cl je dáno:

{\mathsf {pH=14-pK_{NH_{4}OH}+lg{\frac {C_{NH_{4}OH}}{C_{NH_{4}Cl))))}

pH roztoku uhličitanového pufru je vyjádřeno vzorcem:

{\mathsf {pH=pK_{2}-lg{\frac {C_{{NaHCO_{3}}}}{C_{{Na_{2}CO_{3}}}}}}}

Vyrovnávací nádrž

Tlumivé roztoky si zachovávají svůj účinek pouze do určitého množství přidané kyseliny, zásady nebo stupně zředění, což je spojeno se změnou koncentrací jejích složek.

Schopnost pufrovacího roztoku udržet si své pH je určena jeho pufrovací kapacitou, množstvím silné kyseliny nebo zásady, které je nutné přidat do 1 litru pufrovacího roztoku, aby se jeho pH změnilo o jednu. Tlumicí kapacita je tím vyšší, čím větší je koncentrace jeho složek.

Kapacita vyrovnávací paměti π je určena vzorcem

{\displaystyle \pi ={\operatorname {d} \!x \over \operatorname {d} \!pH))

kde dx je koncentrace vnesené silné kyseliny (zásady), tj. její množství vztažené k objemu tlumivého roztoku.

Pufrovací oblast je rozsah pH, ve kterém je pufrovací systém schopen udržovat konstantní hodnotu pH. Obvykle se rovná pKa ±1.

Biologická role

Tlumivé roztoky mají velký význam pro reakce v živých organismech. Například v krvi je stálost hodnoty pH (chemická homeostáza) udržována třemi nezávislými pufrovacími systémy: hydrogenuhličitanem , fosfátem a proteinem. Je známo velké množství tlumivých roztoků (tlumivý roztok octanu amonného, fosfátový tlumivý roztok, borátový tlumivý roztok, mravenčanový tlumivý roztok atd.).

Příklady tlumivých roztoků

Poznámky

↑ Alekseev, V.N. Kvantitativní analýza / Ed. PC. Aghasyan. - Ed. 4., revidovaný. - M.: Chemie, 1972. - 504 s. : 24 tab., 76 obr. str.280
↑ Lehninger A. Základy biochemie. - Mir, 1985. - T. 1. - S. 93-96. — 367 s.

Literatura

Chemická encyklopedie / Ed.: Knunyants I.L. a další - M .: Sovětská encyklopedie, 1988. - T. 1 (Abl-Dar). — 623 s.