- caracteristici
- Compoziţie
- Ele neutralizează atât acizii cât și bazele
- Eficienţă
- preparare
- Exemple
- Referințe
Soluțiile tampon sau tampoanele sunt cele care pot reduce modificările pH-ului datorită ionilor H 3 O + și OH - . În lipsa 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 procedează la fel, dar cu aciditatea sau bazicitatea soluției. Mai mult, tampoanele stabilesc un interval de pH specific în care acestea sunt eficiente.
In caz contrar, H 3 O + ioni va acidula soluția (pH - ul scade la valori sub 6), rezultând o posibilă modificare a performanței de reacție. Același exemplu poate fi aplicat pentru valorile de bază ale pH-ului, adică mai mari de 7.
caracteristici
Compoziţie
Sunt compuse în esență dintr-un acid (HA) sau o bază slabă (B) și săruri ale bazei conjugate sau ale acidului. În consecință, există două tipuri: tampoane de acid și tampoane alcaline.
Tampoane acide corespund HA / A - pereche , unde A - este baza conjugată a acidului slab HA și interacționează cu ioni - cum ar fi Na + - la săruri sub formă de sodiu. Fiind astfel, perechea rămâne ca HA / NaA, deși pot fi și săruri de potasiu sau calciu.
Derivat din acidul slab HA, tamponează valori de pH acid (sub 7) în conformitate cu următoarea ecuație:
HA + OH - => A - + H 2 O
Cu toate acestea, fiind un acid slab, baza sa conjugată este parțial hidrolizată pentru a regenera o parte din HA consumată:
A - + H 2 O <=> 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 clorură, lăsând perechea sub formă de B / HBCl. Aceste tampoane tamponează valori de pH de bază (mai mari de 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
Și din nou, HB + poate fi parțial hidrolizat pentru a regenera o parte din B consumată:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Ele neutralizează atât acizii cât și bazele
In timp ce tampoane acide tampon pH acid și pH tampon alcalin bazic, ambele pot reacționa cu H 3 O + și OH - ioni prin aceste serii de ecuații chimice:
A - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Astfel, în cazul HA / A - pereche , reacționează HA cu OH - ioni , în timp ce A - Aspectul său conjugat reacționează cu H subsoluri 3 O + . În ceea ce privește B / HB + pereche , B reacționează cu H 3 O + ioni , în timp ce HB + - acidul său conjugat - cu OH - .
Acest lucru permite ambelor tampoane să neutralizeze atât speciile acide cât și cele de bază. Rezultatul celor de mai sus, comparativ cu, de exemplu, adăugarea constantă de moli de OH - , este scăderea variației de pH (ΔpH):
Imaginea de mai sus arată tamponul de pH față de o bază puternică (OH - donator ).
Inițial pH-ul este acid datorită prezenței HA. Când se adaugă baza puternică, se formează primele alunițe A - și tamponul începe să intre în vigoare.
Cu toate acestea, există o zonă a curbei unde panta este mai puțin abruptă; adică acolo unde amortizarea este mai eficientă (cutie albăstruie).
Eficienţă
Există mai multe moduri de a înțelege conceptul de amortizare a eficienței. Unul dintre acestea este să determine a doua derivată a curbei pH față de volumul de bază, rezolvând V pentru valoarea minimă, care este Veq / 2.
Veq este volumul în punctul de echivalență; Acesta este volumul de bază necesar pentru a neutraliza tot acidul.
Un alt mod de a înțelege este prin celebra ecuație Henderson-Hasselbalch:
pH = pK a + log (/)
Aici B reprezintă baza, A acidul și pK o este cel mai mic logaritmul constantei de acid. Această ecuație se aplică atât pentru specia acidă HA, cât și pentru acidul conjugat HB + .
Dacă este foarte mare în raport cu, logul () ia o valoare foarte negativă, care se scade din pK a . Dacă, pe de altă parte, este foarte mică în raport cu, valoarea log () ia o valoare foarte pozitivă, care se adaugă la pK a . Cu toate acestea, când =, logul () este 0 și pH = pK a .
Ce înseamnă toate cele de mai sus? Că ΔpH va fi mai mare în extremele luate în considerare pentru ecuație, în timp ce va fi minim cu un pH egal cu pK a ; și ca pKa o caracteristică fiecărui acid această valoare determină intervalul pKa o ± 1.
Valorile pH-ului din acest interval sunt cele în care tamponul este cel mai eficient.
preparare
Pentru a pregăti o soluție tampon, trebuie să aveți în vedere următoarele etape:
- Cunoașteți pH-ul necesar și, prin urmare, cel pe care doriți să îl mențineți cât mai constant în timpul reacției sau procesului.
- Știind pH-ul, se caută printre toți acizii slabi, cei a căror pK a este mai aproape de această valoare.
- Odată ce specia HA a fost aleasă și concentrația tamponului calculată (în funcție de cantitatea de bază sau acid trebuie neutralizată), cantitatea necesară de sare de sodiu este cântărită.
Exemple
Acidul acetic are un pKa o de 4,75, CH 3 COOH; prin urmare, un amestec de cantități determinate de acest acid și acetat de sodiu, CH 3 COONa, formează un tampon care tampoane eficient în domeniul de pH (3.75-5.75).
Alte exemple de acizi monoprotic sunt benzoic (C 6 H 5 COOH) și formic (HCOOH) acizi . Pentru fiecare dintre aceste valori ale pK a sunt 4,18 și 3,68; prin urmare, intervalele sale de pH cu cel mai mare tampon sunt (3.18-5.18) și (2.68-4.68).
In plus, acizii poliprotici cum ar fi acidul fosforic (H 3 PO 4 ) și carbon (H 2 CO 3 ) au multe valori pK pentru ca proton poate fi eliberată. Astfel, H 3 PO 4 are trei pKa o (2,12, 7,21 și 12,67) și H 2 CO 3 are două (6.352 și 10.329).
Dacă doriți să mențină un pH de 3 într - o soluție, puteți alege dintre tampoane HCOONa / HCOOH (pKa a = 3,68) și NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pKa a = 2.12).
Primul tampon, cel al acidului formic, este mai aproape de pH 3 decât tamponul de acid fosforic; De aceea, tampoane HCOONa / HCOOH mai bine la pH 3 decât NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .
Referințe
- Day, R., & Underwood, A. Chimie analitică cantitativă (ediția a 5-a). PEARSON Prentice Hall, p 188-194.
- Avsar Aras. (20 aprilie 2013). Mini șocuri. Preluat pe 9 mai 2018, de pe: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Soluție tampon. Preluat pe 9 mai 2018, de pe: en.wikipedia.org
- Conf. Dr. Lubomir Makedonski . Soluții tampon. Universitatea Medicală din Varna.
- Chem Collective. Tutoriale tampon. Preluat pe 9 mai 2018, de la: chemcollective.org
- askIITians. (2018). Soluție tampon. Preluat pe 9 mai 2018, de pe: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Exemple de soluții tampon, tampon sau tampon. Preluat pe 9 mai 2018, de pe: quimicas.net