Soluție tampon

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 10 iulie 2021; verificările necesită 5 modificări .

Soluții tampon (din engleză buffer , din buff - „soften the blow”) - soluții cu o anumită concentrație stabilă de ioni de hidrogen , al căror pH se va schimba puțin atunci când li se adaugă cantități mici de bază puternică sau acid puternic , cum ar fi precum și atunci când este diluat și concentrat.

Principiul de funcționare a sistemelor tampon

Sistemele tampon sunt un amestec de acid (donator de protoni) și baza sa conjugată (acceptor de protoni), adică particule care diferă prin . Echilibrele sunt stabilite în soluție: ${\ce {H+)}$

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

( autoprotoliza apei)

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

(disocierea acidului, sarcinile sunt condiționate, pe baza presupunerii că acidul este o moleculă neutră)

Fiecare dintre aceste echilibre este caracterizat de propria sa constantă: primul este produsul ionic al apei , al doilea este constanta de disociere a acidului .

Când se adaugă un acid puternic în sistem, acesta protonează baza [1] , care este inclusă în amestecul tampon, iar adăugarea unei baze puternice leagă protonii și deplasează al doilea echilibru către produse, în timp ce, ca rezultat, concentrația în soluție se modifică ușor [2] . ${\ce {H+)}$

Sisteme tampon

Sistemele pot fi utilizate ca amestecuri tampon:

acid slab și sarea acestuia cu o bază tare, de exemplu, tampon acetat CH 3 COOH + CH 3 COONa

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

o bază slabă și sarea acesteia cu un acid puternic, cum ar fi tamponul de amoniac NH 4 OH + NH 4 Cl

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

sare acidă și sare medie a unui acid slab cu o bază tare, de exemplu tampon carbonat Na 2 CO 3 + NaHCO 3

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

Calculul sistemelor tampon pH

Valoarea pH-ului soluțiilor tampon poate fi calculată folosind ecuația Henderson :

Pentru acidul slab HA și sarea acestuia cu baza tare BA

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

Pentru baza slabă BOH și sarea acesteia cu acidul tare BA

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

De exemplu, pH-ul unei soluții tampon de amoniac NH 4 OH + NH 4 Cl este dat de:

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

pH-ul unei soluții tampon de carbonat este exprimat prin formula:

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

Rezervor tampon

Soluțiile tampon își păstrează efectul numai până la o anumită cantitate de acid, bază sau grad de diluție adăugat, care este asociat cu o modificare a concentrațiilor componentelor sale.

Capacitatea unei soluții tampon de a-și menține pH-ul este determinată de capacitatea sa de tamponare, cantitatea de acid sau bază puternică care trebuie adăugată la 1 litru de soluție tampon pentru a-și schimba pH-ul cu unul. Capacitatea tampon este cu atât mai mare, cu atât concentrația componentelor sale este mai mare.

Capacitatea tampon π este determinată de formula

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

unde dx este concentrația acidului tare introdus (bază), adică cantitatea acestuia , raportată la volumul soluției tampon.

Zona de tamponare este domeniul de pH în care sistemul tampon este capabil să mențină o valoare constantă a pH-ului. De obicei, este egal cu pK a ±1.

Rolul biologic

Soluțiile tampon sunt de mare importanță pentru reacțiile din organismele vii. De exemplu, în sânge, constanta valorii pH (homeostazia chimică) este menținută prin trei sisteme tampon independente: bicarbonat , fosfat și proteine. Sunt cunoscute un număr mare de soluții tampon (soluție tampon acetat de amoniac, soluție tampon fosfat , soluție tampon borat , soluție tampon formiat etc.).

Exemple de soluții tampon

Note

↑ Alekseev, V.N. Analiza cantitativă / Ed. PC. Aghasyan. - Ed. a 4-a, revizuită. - M.: Chimie, 1972. - 504 p. : 24 tab., 76 pic. str.280
↑ Lehninger A. Fundamentele biochimiei. - Mir, 1985. - T. 1. - S. 93-96. — 367 p.

Literatură

Enciclopedie chimică / Ed.: Knunyants I.L. şi altele.- M . : Enciclopedia sovietică, 1988. - T. 1 (Abl-Dar). — 623 p.