Основы химии: что такое буфер?

буфер это решение содержащий либо слабая кислота и это поваренная соль или слабое основание и это поваренная соль, который устойчив к изменениям в pH. Другими словами, буфер представляет собой водный раствор либо слабой кислоты и ее сопряженного основания, либо слабого основания и его сопряженной кислоты. Буфер также может называться буфером рН, водородно-ионным буфером или буферным раствором.

Буферы используются для поддержания стабильного рН в растворе, так как они могут нейтрализовать небольшие количества дополнительной кислоты основания. Для данного буферного раствора существует рабочий диапазон pH и установленное количество кислоты или основания, которое можно нейтрализовать до изменения pH. Количество кислоты или основания, которое может быть добавлено в буфер перед изменением его рН, называется его буферной емкостью.

Уравнение Хендерсона-Хассельбальха может использоваться для измерения приблизительного значения pH буфера. Чтобы использовать уравнение, вместо равновесной концентрации вводится начальная концентрация или стехиометрическая концентрация.

Общая форма буферной химической реакции:

HA ⇌ H⁺ + А⁻

• кровь - содержит бикарбонатную буферную систему
• Трис-буфер
• фосфатный буфер

Как указано, буферы полезны в определенных диапазонах pH. Например, вот диапазон рН обычных буферных агентов:

Когда готовится буферный раствор, рН раствора регулируется, чтобы получить его в правильном эффективном диапазоне. Как правило, сильная кислота, такая как соляная кислота (HCl), добавляется для снижения pH кислотных буферов. Сильное основание, такое как раствор гидроксида натрия (NaOH), добавляют для повышения pH щелочных буферов.

Чтобы понять, как работает буфер, рассмотрим пример буферного раствора, полученного растворением ацетата натрия в уксусной кислоте. Уксусная кислота является (как вы можете сказать из названия) кислотой: CH₃COOH, в то время как ацетат натрия диссоциирует в растворе с образованием конъюгата основания, ацетат-ионы CH₃COO^-. Уравнение для реакции:

СН₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃COO^-(вод) + H₂O (водно)

Если в этот раствор добавить сильную кислоту, ацетат-ион нейтрализует его:

СН₃COO^-(вод) + H⁺(aq) ⇆ CH₃СООН (водно)

Это сдвигает равновесие начальной буферной реакции, поддерживая рН стабильным. С другой стороны, сильное основание будет реагировать с уксусной кислотой.

Большинство буферов работают в относительно узком диапазоне pH. Исключением является лимонная кислота, поскольку она имеет три значения pKa. Когда соединение имеет несколько значений pKa, для буфера становится доступным больший диапазон pH. Также возможно комбинировать буферы, обеспечивая близкие значения их pKa (отличающиеся на 2 или менее), и корректируя pH с помощью сильного основания или кислоты для достижения требуемого диапазона. Например, буфер Макивейна готовят, комбинируя смеси Na₂ПО₄ и лимонная кислота. В зависимости от соотношения между соединениями буфер может иметь эффективность от рН 3,0 до 8,0. Смесь лимонная кислота, борная кислота, монокалийфосфат и диэтилбарбитовая кислота могут охватывать диапазон рН от 2,6 до 12!

• Буфер представляет собой водный раствор, используемый для поддержания рН раствора почти постоянным.
• Буфер состоит из слабой кислоты и ее сопряженного основания или слабого основания и его сопряженной кислоты.
• Буферная емкость - это количество кислоты или основания, которое может быть добавлено до изменения рН буфера.
• Примером буферного раствора является бикарбонат в крови, который поддерживает внутренний рН организма.

• Батлер Дж. Н. (1964). Ионное равновесие: математический подход. Addison-Wesley. п. 151.
• Кармоди, Уолтер Р. (1961). «Легко подготовленные широкополосные буферные серии». J. Химреагент общеобразовательный. 38 (11): 559–560. DOI:10,1021 / ed038p559
• Хуланицкий А. (1987). Реакции кислот и оснований в аналитической химии. Переведено Массоном, Мэри Р. Хорвуд. ISBN 0-85312-330-6.
• Mendham, J.; Денни, Р. С.; Барнс, Дж. D.; Томас М. (2000). «Приложение 5». Фогель Учебник по количественному химическому анализу (5-е изд.). Харлоу: Пирсон Образование. ISBN 0-582-22628-7.
• Скорпион Р. (2000). Основы кислот, оснований, буферов и их применение в биохимических системах. ISBN 0-7872-7374-0.