Основи на химията: Какво е буфер?

А буфер е решение съдържащи или a слаба киселина и е сол или а слаба основа и е сол, която е устойчива на промени в рН. С други думи, буферът е воден разтвор или на слаба киселина, и на нейната конюгирана основа, или на слаба основа и на неговата конюгирана киселина. Буфер може също да се нарече pH буфер, водороден йон или буферен разтвор.

Буфери се използват за поддържане на стабилно pH в разтвор, тъй като те могат да неутрализират малки количества допълнителна киселинна основа. За даден буферен разтвор има работен pH диапазон и определено количество киселина или основа, които могат да бъдат неутрализирани, преди рН да се промени. Количеството киселина или основа, което може да се добави към буфер преди промяна на неговото рН, се нарича буферен капацитет.

Най- Уравнение на Хендерсън-Хаселбалх може да се използва за измерване на приблизителното рН на буфер. За да се използва уравнението, вместо равновесната концентрация се въвежда началната концентрация или стехиометричната концентрация.

Общата форма на буферната химическа реакция е:

HA ⇌ H⁺ + А⁻

• кръв - съдържа бикарбонатна буферна система
• TRIS буфер
• фосфатен буфер

Както беше посочено, буферите са полезни в специфични диапазони на рН. Например, тук е диапазонът на pH на обикновените буфериращи агенти:

Когато се приготвя буферен разтвор, рН на разтвора се регулира, за да се получи в правилните ефективни граници. Обикновено се добавя силна киселина, като солна киселина (HCl) за понижаване на рН на кисели буфери. Силна основа като разтвор на натриев хидроксид (NaOH) се добавя за повишаване на pH на алкални буфери.

За да разберете как работи буферът, разгледайте примера на буферен разтвор, получен чрез разтваряне на натриев ацетат в оцетна киселина. Оцетната киселина е (както можете да кажете от името) киселина: СН₃COOH, докато натриевият ацетат дисоциира в разтвора, за да се получи конюгатната основа, ацетатните йони на СН₃COO^-. Уравнението за реакцията е:

СН₃COOH (aq) + OH^-(aq) ⇆ CH₃COO^-(aq) + H₂О (вод)

Ако към този разтвор се добави силна киселина, ацетатният йон я неутрализира:

СН₃COO^-(aq) + H⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (вод)

Това измества равновесието на първоначалната буферна реакция, поддържайки рН стабилен. Силна основа, от друга страна, би реагирала с оцетната киселина.

Повечето буфери работят в относително тесен диапазон на рН. Изключение е лимонената киселина, тъй като има три pKa стойности. Когато съединението има множество pKa стойности, за буфер става по-голям диапазон на рН. Възможно е също така да се комбинират буфери, при условие че техните pKa стойности са близки (различаващи се с 2 или по-малко) и регулиране на рН със силна основа или киселина, за да достигне необходимия диапазон. Например, буферът McIvaine се приготвя чрез комбиниране на смеси от Na₂PO₄ и лимонена киселина. В зависимост от съотношението между съединенията, буферът може да бъде ефективен от рН 3.0 до 8.0. Смес от лимонена киселина, борна киселина, монокалиев фосфат и диетил барбитуева киселина могат да покрият диапазона на pH от 2,6 до 12!

• Буферът е воден разтвор, използван за поддържане на рН на разтвора почти постоянен.
• Буферът се състои от слаба киселина и нейната конюгирана основа или слаба основа и нейната конюгирана киселина.
• Капацитетът на буфера е количеството киселина или основа, което може да се добави преди рН на даден буфер да се промени.
• Пример за буферен разтвор е бикарбонатът в кръвта, който поддържа вътрешното pH на организма.

• Бътлър, Дж. Н. (1964). Йонно равновесие: математически подход. Addison-Wesley. стр. 151.
• Кармоди, Уолтър Р. (1961). „Лесно подготвена серия от широкообхватни буфери“. J. Chem. Educ. 38 (11): 559–560. DOI:10,1021 / ed038p559
• Хуланицки, А. (1987). Реакции на киселини и основи в аналитичната химия. Преведено от Масон, Мери Р. Horwood. ISBN 0-85312-330-6.
• Mendham, J.; Дени, Р. ° С.; Барнс, Дж. Д.; Томас, М. (2000). „Приложение 5“. Учебникът за количествен химичен анализ на Вогел (5-то изд.). Harlow: Pearson Education. ISBN 0-582-22628-7.
• Скорпион, Р. (2000). Основи на киселини, основи, буфери и тяхното приложение в биохимичните системи. ISBN 0-7872-7374-0.