Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

21.23: Буфери

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19432

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цукровий діабет - це розлад метаболізму глюкози, при якому порушується вироблення інсуліну підшлунковою залозою. Оскільки інсулін допомагає глюкозі потрапляти в клітини, зниження цього гормону означає, що глюкозу не можна використовувати звичайним чином. Коли це відбувається, організм починає розщеплювати жири, виробляючи зниження рН крові. Хімічні системи в організмі можуть збалансувати цей зсув рН на деякий час, але надмірне вироблення кислоти може створити серйозні проблеми, якщо їх не виправити шляхом введення інсуліну для відновлення нормального використання глюкози.

    Буфери

    Якщо до\(1.0 \: \text{L}\) чистої води додають тільки\(1.0 \: \text{mL}\)\(0.10 \: \text{M}\) соляну кислоту, рН різко падає з 7,0 до 4,0. Це 1000-кратне збільшення кислотності розчину. Для багатьох цілей бажано мати розчин, який здатний протистояти таким великим змінам рН при додаванні в нього відносно невеликих кількостей кислоти або основи. Такий розчин називається буферним. Буфер - це розчин слабкої кислоти або основи і її солі. Обидва компоненти повинні бути присутніми, щоб система діяла як буфер для протистояння змінам рН. Можна отримати комерційні буферні розчини, які мають найрізноманітніші значення рН.

    Деякі поширені буферні системи наведені в таблиці нижче.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Деякі загальні буфери
    Буферна система Компоненти буфера рН буфера (рівні молярності обох компонентів)
    Оцтова кислота/ацетат-іон \(\ce{CH_3COOH}\)/\(\ce{CH_3COO^-}\) 4.74
    Карбонова кислота/іон гідрокарбонату \(\ce{H_2CO_3}\)/\(\ce{HCO_3^-}\) 6.38
    Дигідрофосфатний іон/гідрофосфатний іон \(\ce{H_2PO_4^-}\)/\(\ce{HPO_4^{2-}}\) 7.21
    Аміак/іон амонію \(\ce{NH_3}\)/\(\ce{NH_4^+}\) 9.25

    Одним із прикладів буфера є розчин, виготовлений з оцтової кислоти (слабка кислота) та ацетату натрію (сіль). Показник рН буфера, що складається з\(0.50 \: \text{M} \: \ce{CH_3COOH}\) і\(0.50 \: \text{M} \: \ce{CH_3COONa}\) становить 4,74. Якщо\(10.0 \: \text{mL}\)\(1.0 \: \text{M} \: \ce{HCl}\) додано до\(1.0 \: \text{L}\) буфера, рН зменшується лише до 4,73. Така здатність «вбирати» додаткові іони водню з\(\ce{HCl}\) того, що були додані, обумовлена реакцією нижче.

    \[\ce{CH_3COO^-} \left( aq \right) + \ce{H^+} \left( aq \right) \rightarrow \ce{CH_3COOH} \left( aq \right)\nonumber \]

    Оскільки і ацетатний іон, і оцтова кислота вже були присутні в буфері, єдине, що змінюється, - це співвідношення одного до іншого. Невеликі зміни в цьому співвідношенні мають лише дуже незначний вплив на рН.

    \(10.0 \: \text{mL}\)Якби of\(1.0 \: \text{M} \: \ce{NaOH}\) були додані до іншого\(1.0 \: \text{L}\) того ж буфера, рН збільшився б лише до 4,76. У цьому випадку буфер забирає додаткові гідроксидні іони.

    \[\ce{CH_3COOH} \left( aq \right) + \ce{OH^-} \left( aq \right) \rightarrow \ce{CH_3COO^-} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\nonumber \]

    Знову співвідношення ацетат-іона до оцтової кислоти трохи змінюється, на цей раз викликаючи дуже невелике підвищення рН.

    Можна додати в буфер стільки кислоти або основи, що його здатність протистояти значній зміні рН перевантажена. Буферна ємність - це кількість кислоти або основи, яку можна додати в буферний розчин до того, як відбудеться велика зміна рН. Буферна ємність перевищується, коли кількість молів\(\ce{H^+}\) або\(\ce{OH^-}\) які додаються в буфер перевищує кількість молів буферних компонентів.

    Резюме

    • Буфер - це розчин слабкої кислоти або основи і її солі.
    • Буферна ємність - це кількість кислоти або основи, яку можна додати в буферний розчин до того, як відбудеться велика зміна рН.
    • Описані реакції, що показують, як буфери регулюють рН.