สารละลายบัฟเฟอร์หรือบัฟเฟอร์เป็นผู้ที่สามารถลดการเปลี่ยนแปลงในค่า pH เนื่องจากไอออน H 3 O +และ OH - ในกรณีที่ไม่มีสิ่งเหล่านี้ระบบบางอย่าง (เช่นระบบทางสรีรวิทยา) จะได้รับอันตรายเนื่องจากส่วนประกอบมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงค่า pH อย่างกะทันหัน
เช่นเดียวกับที่โช้คอัพในรถยนต์ลดแรงกระแทกที่เกิดจากการเคลื่อนที่บัฟเฟอร์ก็ทำเช่นเดียวกัน แต่ด้วยความเป็นกรดหรือความเป็นพื้นฐานของสารละลาย นอกจากนี้บัฟเฟอร์ยังสร้างช่วง pH ที่เฉพาะเจาะจงซึ่งมีประสิทธิภาพ
มิฉะนั้นไอออน H 3 O +จะทำให้สารละลายเป็นกรด (pH ลดลงเหลือค่าต่ำกว่า 6) ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในประสิทธิภาพของปฏิกิริยาได้ ตัวอย่างเดียวกันนี้สามารถใช้ได้กับค่า pH พื้นฐานนั่นคือมากกว่า 7
ลักษณะเฉพาะ
ส่วนประกอบ
โดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยกรด (HA) หรือเบสอ่อน (B) และเกลือของเบสหรือกรดคอนจูเกต ดังนั้นจึงมีสองประเภทคือบัฟเฟอร์กรดและบัฟเฟอร์อัลคาไลน์
บัฟเฟอร์กรดสอดคล้องกับ HA / A -คู่โดยที่ A -เป็นฐานการผันของกรดอ่อน HA และปฏิสัมพันธ์กับไอออน - เช่น Na + - เกลือโซเดียมรูปแบบ ด้วยวิธีนี้ทั้งคู่ยังคงเป็น HA / NaA แม้ว่าจะเป็นเกลือโพแทสเซียมหรือแคลเซียม
ได้มาจากกรดอ่อน HA จะบัฟเฟอร์ช่วง pH ที่เป็นกรด (น้อยกว่า 7) ตามสมการต่อไปนี้:
HA + OH - => A - + H 2 O
อย่างไรก็ตามการเป็นกรดอ่อนเบสคอนจูเกตของมันจะถูกไฮโดรไลซ์บางส่วนเพื่อสร้างใหม่บางส่วนของ HA ที่บริโภค:
ก- + H 2 O <=> HA + OH -
ในทางกลับกันบัฟเฟอร์อัลคาไลน์ประกอบด้วยคู่ B / HB +โดยที่ HB +คือกรดคอนจูเกตของเบสอ่อน โดยทั่วไป HB + จะสร้างเกลือที่มีคลอไรด์ไอออนโดยปล่อยให้ทั้งคู่เป็น B / HBCl บัฟเฟอร์เหล่านี้บัฟเฟอร์ช่วง pH พื้นฐาน (มากกว่า 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
และอีกครั้ง HB +สามารถไฮโดรไลซ์บางส่วนเพื่อสร้าง B ที่บริโภคเข้าไปใหม่:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
ทำให้เป็นกลางทั้งกรดและเบส
ในขณะที่บัฟเฟอร์ที่เป็นกรดจะบัฟเฟอร์ pH ที่เป็นกรดและค่า pH ของบัฟเฟอร์อัลคาไลน์พื้นฐานทั้งสองสามารถทำปฏิกิริยากับ H 3 O +และ OH -ไอออนผ่านชุดสมการเคมีเหล่านี้:
A - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
ดังนั้นในกรณีของ HA / ต่อ A -คู่ตอบสนอง HA กับ OH -ไอออนในขณะที่- -ฐานผันของ - ทำปฏิกิริยากับ H 3 O + สำหรับ B / HB +คู่, B ทำปฏิกิริยากับเอช3 O +ไอออนขณะ HB + - กรดคอนจูเกตของ - กับ OH -
สิ่งนี้ช่วยให้บัฟเฟอร์ทั้งสองสามารถทำให้เป็นกลางทั้งที่เป็นกรดและสายพันธุ์พื้นฐาน ผลลัพธ์ของข้างต้นเมื่อเทียบกับตัวอย่างเช่นการเพิ่มโมลของ OH อย่างต่อเนื่อง-คือการลดลงของการเปลี่ยนแปลงของ pH (ΔpH):
ภาพด้านบนแสดงบัฟเฟอร์ pH เทียบกับฐานที่แข็งแกร่ง (OH -ผู้บริจาค)
ในขั้นต้น pH จะเป็นกรดเนื่องจากมี HA เมื่อฐานที่แข็งแกร่งเพิ่มโมลแรกของการที่จะเกิดขึ้น-และบัฟเฟอร์จะเริ่มมีผลบังคับใช้
อย่างไรก็ตามมีพื้นที่ของทางโค้งที่ลาดชันน้อยกว่า นั่นคือที่ซึ่งการทำให้หมาด ๆ มีประสิทธิภาพมากกว่า (กล่องสีน้ำเงิน)
อย่างมีประสิทธิภาพ
มีหลายวิธีในการทำความเข้าใจแนวคิดเรื่องประสิทธิภาพการลดแรงสั่นสะเทือน หนึ่งในนั้นคือการหาอนุพันธ์อันดับสองของ pH ของเส้นโค้งเทียบกับปริมาตรฐานโดยแก้ค่า V สำหรับค่าต่ำสุดซึ่งก็คือ Veq / 2
Veq คือปริมาตรที่จุดสมมูล นี่คือปริมาตรของเบสที่จำเป็นในการทำให้กรดทั้งหมดเป็นกลาง
อีกวิธีหนึ่งในการทำความเข้าใจคือผ่านสมการ Henderson-Hasselbalch ที่มีชื่อเสียง:
pH = pK a + บันทึก (/)
ในที่นี้ B หมายถึงเบส A กรดและ pK aคือลอการิทึมที่เล็กที่สุดของค่าคงที่ของกรด สมการนี้ใช้ได้ทั้งสำหรับสายพันธุ์ที่เป็นกรด HA และสำหรับผันกรด HB +
ถ้ามันมีขนาดใหญ่มากที่เกี่ยวกับการเข้าสู่ระบบ () ใช้เวลาเป็นค่าลบมากซึ่งจะหักออกจากเภสัชจลนศาสตร์ หากในทางกลับกันก็มีขนาดเล็กมากที่เกี่ยวกับค่าของบันทึก () ใช้เวลาเป็นค่าบวกมากซึ่งจะถูกเพิ่มเภสัชจลนศาสตร์ แต่เมื่อ = ล็อก () คือ 0 และค่า pH PK =
ทั้งหมดข้างต้นหมายถึงอะไร? ว่าΔpHจะมากขึ้นในสุดขั้วพิจารณาสำหรับสมการในขณะที่มันจะมีค่า pH ต่ำสุดเท่ากับเภสัชจลนศาสตร์; และเนื่องจาก pK aเป็นคุณลักษณะของกรดแต่ละชนิดค่านี้จะกำหนดช่วง pK a ± 1
ค่า pH ภายในช่วงนี้เป็นค่าที่บัฟเฟอร์มีประสิทธิภาพสูงสุด
การจัดเตรียม
ในการเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์ควรคำนึงถึงขั้นตอนต่อไปนี้:
- ทราบค่า pH ที่ต้องการดังนั้นค่า pH ที่คุณต้องการให้คงที่มากที่สุดในระหว่างปฏิกิริยาหรือกระบวนการ
- เมื่อรู้ค่า pH เราจะมองหากรดอ่อน ๆ ทั้งหมดซึ่ง pK aใกล้เคียงกับค่านี้มากขึ้น
- เมื่อเลือกสายพันธุ์ HA และคำนวณความเข้มข้นของบัฟเฟอร์แล้ว (ขึ้นอยู่กับปริมาณเบสหรือกรดที่ต้องการทำให้เป็นกลาง) เกลือโซเดียมที่จำเป็นจะถูกชั่งน้ำหนักที่จำเป็น
ตัวอย่าง
กรดอะซิติกมี pK aเท่ากับ 4.75, CH 3 COOH; ดังนั้นส่วนผสมของกรดและโซเดียมอะซิเตต CH 3 COONa จึงเป็นส่วนผสมของปริมาณที่กำหนดซึ่งจะสร้างบัฟเฟอร์ที่บัฟเฟอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วง pH (3.75-5.75)
ตัวอย่างอื่น ๆ ของกรดเชิงเดี่ยว ได้แก่ กรดเบนโซอิก (C 6 H 5 COOH) และกรดฟอร์มิก (HCOOH) สำหรับแต่ละค่าของ pK aคือ 4.18 และ 3.68; ดังนั้นช่วง pH ที่มีการบัฟเฟอร์สูงสุดคือ (3.18-5.18) และ (2.68-4.68)
นอกจากนี้กรด polyprotic เช่นกรดฟอสฟอริก (H 3 PO 4 ) และคาร์บอน (H 2 CO 3 ) มีค่า pK มากพอ ๆกับที่สามารถปลดปล่อยโปรตอนได้ ดังนั้น H 3 PO 4จึงมีสาม pK a (2.12, 7.21 และ 12.67) และ H 2 CO 3มีสอง (6.352 และ 10.329)
หากคุณต้องการรักษา pH เป็น 3 ในสารละลายคุณสามารถเลือกระหว่างบัฟเฟอร์ HCOONa / HCOOH (pK a = 3.68) และ NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2.12)
บัฟเฟอร์แรกซึ่งเป็นกรดฟอร์มิกใกล้เคียงกับ pH 3 มากกว่าบัฟเฟอร์กรดฟอสฟอริก จึงบัฟเฟอร์ HCOONa / HCOOH ดีกว่าที่ pH 3 กว่า Nah 2 PO 4 / H 3 PO 4
อ้างอิง
- Day, R. , & Underwood, A. เคมีวิเคราะห์เชิงปริมาณ (ฉบับที่ 5) PEARSON Prentice Hall, หน้า 188-194
- อาวาซาร์อาราส (20 เมษายน 2556). มินิช็อต สืบค้นเมื่อ 9 พฤษภาคม 2018 จาก: commons.wikimedia.org
- วิกิพีเดีย (2018) สารละลายบัฟเฟอร์. สืบค้นเมื่อ 9 พฤษภาคม 2561 จาก: en.wikipedia.org
- รศ. ศ. Lubomir Makedonski, PhD. . โซลูชันบัฟเฟอร์ แพทย์มหาวิทยาลัยวาร์นา
- กลุ่มเคมี บทแนะนำเกี่ยวกับบัฟเฟอร์ สืบค้นเมื่อ 9 พฤษภาคม 2018 จาก: chemcollective.org
- ถาม IITians (2018) สารละลายบัฟเฟอร์. สืบค้นเมื่อ 9 พฤษภาคม 2561 จาก: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). ตัวอย่างของบัฟเฟอร์บัฟเฟอร์หรือสารละลายบัฟเฟอร์ สืบค้นเมื่อ 9 พฤษภาคม 2561 จาก: quimicas.net