Soluții tampon Caracteristici, pregătire și exemple

soluții tampon sau tampoane sunt acelea care pot scădea modificările de pH din cauza ionilor de H₃O⁺ și OH^-. În absența acestora, unele sisteme (cum ar fi cele fiziologice) sunt afectate, deoarece componentele lor sunt foarte sensibile la modificările bruște ale pH-ului.

La fel cum amortizoarele din automobile reduc impactul cauzat de mișcarea lor, tampoanele fac același lucru, dar cu aciditatea sau bazicitatea soluției. Mai mult decât atât, soluțiile tampon stabilesc un domeniu de pH specific în care acestea sunt eficiente.

În funcție de aceste intervale, sunt alese cele care atenuează valorile pH-ului care merită mediul. De exemplu, dacă mediul unei reacții care produce ioni de H este necesar₃O⁺ păstrați un pH apropiat în jurul valorii de 6, căutați un tampon care are această valoare în intervalul său de eficiență mai mare.

În caz contrar, ionii H₃O⁺ se acidulează soluția (pH-ul scade la valori sub 6), rezultând o posibilă modificare a performanței reacției. Același exemplu se poate aplica pentru valorile pH-ului de bază, adică mai mare de 7.

index

• 1 Caracteristici
  • 1.1 Compoziție
  • 1.2 Neutralizează atât acizii, cât și bazele
  • 1.3 Eficiența
• 2 Pregătirea
• 3 Exemple
• 4 Referințe

caracteristici

compoziție

În esență, ele sunt compuse dintr-o bază acidă (HA) sau o bază slabă (B) și săruri ale bazei sau acidului său conjugat. În consecință, există două tipuri: tampoane acide și tampoane alcaline.

Tampoanele acide corespund perechii HA / A^-, unde A^- este baza conjugată a acidului slab HA și interacționează cu ioni - cum ar fi Na⁺- pentru a forma săruri de sodiu. Astfel, perechea rămâne ca HA / NaA, deși poate fi și săruri de potasiu sau de calciu.

Atunci când derivă din HA slab de acid, acesta amortizează domeniile pH-ului acid (mai puțin de 7) în conformitate cu următoarea ecuație:

HA + OH^- => A^- + H₂O

Cu toate acestea, fiind un acid slab, baza lui conjugată este parțial hidrolizată pentru a regenera o parte a HA consumată:

A^- + H₂O <=> HA + OH^-

Pe de altă parte, tampoanele alcaline constau din perechea B / HB⁺, unde HB⁺ este acidul conjugat al bazei slabe. În general, HB⁺ formează săruri cu ioni de clor, lăsând perechea ca B / HBCl. Aceste tampoane tamponă valorile pH-ului bazic (mai mari de 7):

B + H₃O⁺ => HB⁺ + H₂O

Și, din nou, HB⁺ se poate hidroliza parțial pentru a regenera o parte din consumul de B:

HB⁺ + H₂O <=> B + H₃O⁺

Neutralizează atât acizii cât și bazele

Deși acizii tampon acid tampon și pH-ul alcalin pH tampon, ambii pot reacționa cu ionii de H₃O⁺ și OH^- prin aceste serii de ecuații chimice:

A^- + H₃O⁺ => HA + H₂O

HB⁺ + OH^- => B + H₂O

Astfel, în cazul perechii HA / A^-, HA reacționează cu ionii OH^-, în timp ce A^- baza dvs. conjugată - reacționează cu H₃O⁺. În ceea ce privește perechea B / HB⁺, B reacționează cu ionii H₃O⁺, în timp ce HB⁺ - acidul conjugat - cu OH^-.

Acest lucru permite ca ambele soluții tampon să neutralizeze atât speciile acide, cât și cele de bază. Rezultatul celor de mai sus față de, de exemplu, adiția constantă de moli OH^-, este scăderea variației pH-ului (ΔpH):

Imaginea superioară arată tamponarea pH-ului față de o bază puternică (donator OH)^-).

Inițial, pH-ul este acid datorită prezenței HA. Când se adaugă baza tare, se formează primele moli de A^- iar tamponul începe să aibă efect.

Cu toate acestea, există o zonă a curbei unde panta este mai puțin abruptă; adică în cazul în care amortizarea este mai eficientă (cadru albastru).

eficiență

Există mai multe modalități de a înțelege conceptul de eficiență a tamponului. Unul dintre acestea este acela de a determina al doilea derivat al curbei pH față de volumul de bază, eliminând V pentru valoarea minimă, care este Veq / 2.

Veq este volumul la punctul de echivalență; Acesta este volumul de bază necesar pentru neutralizarea întregului acid.

O altă modalitate de ao înțelege este prin celebra ecuație Henderson-Hasselbalch:

pH = pK_la + jurnal ([B] / [A])

Aici B denotă baza, A acidul și pK_la este cel mai mic logaritm al constantei de aciditate. Această ecuație se aplică atât speciilor acide HA, cât și acidului conjugat HB⁺.

Dacă [A] este foarte mare în raport cu [B], log () are o valoare foarte negativă, care este scăzută din pK_la. Dacă dimpotrivă [A] este foarte mică în raport cu [B], valoarea log () are o valoare foarte pozitivă, ceea ce adaugă la pK_la. Cu toate acestea, atunci când [A] = [B], log () este 0 și pH = pK_la.

Ce înseamnă toate cele de mai sus? Că ΔpH va fi mai mare în extremele considerate pentru ecuație, în timp ce va fi mai mic cu un pH egal cu pK_la; și ca pK_la este caracteristic fiecărui acid, această valoare determină gradul pK_la±1.

Valorile pH-ului în acest interval sunt cele în care tamponul este mai eficient.

preparare

Pentru a pregăti o soluție tampon, este necesar să țineți cont de următorii pași:

- Cunoașteți pH-ul necesar și, prin urmare, cel pe care doriți să-l păstrați cât mai constant posibil în timpul reacției sau procesului.

- Cunoscând pH-ul, căutăm toți acizii slabi, cei ale căror pK_la apropiați-vă de această valoare.

- Odată ce a fost aleasă specia HA și sa calculat concentrația tamponului (în funcție de cantitatea de bază sau acid necesară neutralizării), se cântărește cantitatea necesară de sare de sodiu.

Exemple

Acidul acetic are un pK_la de 4,75, CH₃COOH; Prin urmare, un amestec de anumite cantități din acest acid și acetat de sodiu, CH₃COONa, formează un tampon care absoarbe eficient în domeniul pH (3,75-5,75).

Alte exemple de acizi monoprotici sunt acizii benzoici (C.₆H₅COOH) și formic (HCOOH). Pentru fiecare dintre aceste valori ale lui pK_la ele sunt 4,18 și 3,68; prin urmare, intervalele lor de pH ale tamponării mai mari sunt (3.18-5.18) și (2.68-4.68).

Pe de altă parte, acizii poliprotici, cum ar fi fosforul (H₃PO₄) și carbon (H₂CO₃) au atât de multe valori pK_la pe măsură ce protonii se pot elibera. Deci, H₃PO₄ are trei pK_la (2,12, 7,21 și 12,67) și H₂CO₃ are două (6.352 și 10.329).

Dacă doriți să mențineți un pH de 3 într-o soluție, puteți alege între tamponul HCOONa / HCOOH (pK_la= 3,68) și NaH₂PO₄/ H₃PO₄ (pKi_la= 2,12).

Primul tampon, cel al acidului formic, este mai aproape de pH 3 decât tamponul acidului fosforic; prin urmare, HCOONa / HCOOH umezește mai bine la pH 3 decât NaH₂PO₄/ H₃PO₄.

referințe

1. Ziua, R., & Underwood, A. Chimie analitică cantitativă (ediția a cincea). PEARSON Prentice Hall, p. 188-194.
2. Avsar Aras. (20 aprilie 2013). Mini șocuri Adus pe 9 mai 2018 de la: commons.wikimedia.org
3. Wikipedia. (2018). Soluție tampon. Adus pe 9 mai 2018, de la: en.wikipedia.org
4. Conf. Prof. dr. Lubomir Makedonski [Doc.]. Soluții tampon. Universitatea de Medicină din Varna.
5. Chem colectiv. Tutoriale tampon. Adus pe 9 mai 2018 de la: chemcollective.org
6. askIITians. (2018). Soluție tampon. Adus pe 9 mai 2018 de la: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Exemple de soluții tampon, tampon sau tampon. Adus pe 9 mai 2018, de la: quimicas.net