Jedno od glavnih svojstava živih organizama je održavanje acidobazne homeostaze na određenom nivou. Protolitička homeostaza- konstantnost pH bioloških tečnosti, tkiva i organa. To dolazi do izražaja u prilično konstantnim pH vrijednostima bioloških medija (krv, pljuvačka, želudačni sok, itd.) i sposobnosti tijela da povrati normalne pH vrijednosti kada je izloženo protolitima. Podrška sistema protolitička homeostaza, uključuje ne samo fiziološke mehanizme (plućna i bubrežna kompenzacija), već i one fizičko-hemijske: pufersko djelovanje, ionsku izmjenu i difuziju.

puferske otopine pozvao otopine koje održavaju svoje pH vrijednosti nepromijenjene kada se razrijede ili kada se doda mala količina jake kiseline ili baze. Protolitičke puferske otopine su mješavine elektrolita koje sadrže ione istog imena.

U osnovi postoje dvije vrste protolitičkih puferskih otopina:

Kiselina tj. koji se sastoji od slabe kiseline i viška njene konjugirane baze (sol formirane od jake baze i anjona ove kiseline). Na primjer: CH 3 COOH i CH 3 COOHa - acetatni pufer

CH 3 COOH + H 2 O ↔ H 3 O + + CH 3 COO - višak konjugiranih

osnove

CH 3 COOHa → Na + + CH 3 COO -

Osnovni, tj. koji se sastoji od slabe baze i viška njene konjugirane kiseline (tj. soli koju čine jaka kiselina i kation ove baze). Na primjer: NH 4 OH i NH 4 Cl - amonijačni pufer.

NH 3 + H 2 O ↔ OH - + NH 4 + višak

Baza

konjugirati

NH 4 Cl → Cl - + NH 4 + kiseline

Jednačina baferskog sistema se izračunava pomoću Henderson-Haselbachove formule:

pH = pK + ℓg, pOH = pK + ℓg
,

gdje je pK = -ℓg K D.

C je molarna ili ekvivalentna koncentracija elektrolita (C = V N)

Mehanizam djelovanja puferskih otopina

Razmislite o tome koristeći acetatni pufer kao primjer: CH 3 COOH + CH 3 COOHa

Visoka koncentracija acetatnih jona je posljedica potpune disocijacije jakog elektrolita - natrijum acetata, a octena kiselina u prisustvu istoimenog anjona postoji u otopini u praktično nejoniziranom obliku.

Kada se doda mala količina hlorovodonične kiseline, ioni H + se vezuju za konjugovanu bazu CH 3 COO - prisutnu u rastvoru u slab elektrolit CH 3 COOH.

CH 3 COO ‾ +H + ↔ CH 3 COOH (1)

Jednačina (1) pokazuje da je jaka kiselina HC1 zamijenjena ekvivalentnom količinom slabe kiseline CH 3 COOH. Količina CH 3 COOH se povećava i, prema zakonu razblaženja W. Ostwalda, stepen disocijacije se smanjuje. Kao rezultat toga, koncentracija H+ jona u puferu raste, ali vrlo blago. pH se održava konstantnim.

Prilikom dodavanja kiseline u pufer, pH se određuje po formuli:

pH = pK + ℓg

Kada se u pufer doda mala količina alkalija, on reaguje sa CH 3 COOH. Molekuli octene kiseline će reagovati sa hidroksidnim jonima da bi formirali H 2 O i CH 3 COO ‾:

CH 3 COOH + OH ‾ ↔ CH 3 COO ‾ + H 2 O (2)

Kao rezultat, alkalija je zamijenjena ekvivalentnom količinom slabo bazične soli CH 3 COONa. Količina CH 3 COOH se smanjuje i, prema zakonu razblaženja W. Ostwalda, stepen disocijacije se povećava zbog potencijalne kiselosti preostalih nedisociranih molekula CH 3 COOH. Posljedično, koncentracija H + jona se praktično ne mijenja. pH ostaje konstantan.

Kada se doda lužina, pH se određuje po formuli:

pH = pK + ℓg

Pri razrjeđivanju pufera pH se također ne mijenja, jer konstanta disocijacije i omjer komponenti ostaju nepromijenjeni.

Dakle, pH pufera ovisi o: konstanti disocijacije i omjeru koncentracija komponenti. Što su ove vrijednosti veće, to je viši pH pufera. pH pufera će biti najveći pri omjeru komponenti jednakom jedan.

Za kvantitativne karakteristike bafer uveden koncept kapacitet bafera.

Buferska rješenja se nazivaju otopine koje održavaju svoje pH vrijednosti nepromijenjene kada se razrijede ili kada se doda mala količina jake kiseline ili baze. Protolitičke puferske otopine su mješavine elektrolita koje sadrže istoimene ione.Uglavnom postoje dvije vrste protolitičkih puferskih otopina: kisele, tj. koji se sastoji od slabe kiseline i viška njene konjugirane baze (sol formirane od jake baze i anjona ove kiseline). Na primjer: CH 3 COOH i CH 3 COOHa - acetatni pufer; Basic, tj. koji se sastoji od slabe baze i viška njene konjugirane kiseline (tj. soli koju čine jaka kiselina i kation ove baze). Na primjer: NH 4 OH i NH 4 Cl - Jednačina puferskog sistema se izračunava korištenjem Henderson-Haselbachove formule:

pH = pK + ℓg, pOH = pK + ℓg,

gdje je pK = -ℓg K D.

C je molarna ili ekvivalentna koncentracija elektrolita (C = V N)

Mehanizam djelovanja puferskih otopina

Razmislite o tome koristeći acetatni pufer kao primjer: CH 3 COOH + CH 3 COONa Kada se doda mala količina hlorovodonične kiseline, ioni H + se vezuju za konjugovanu bazu CH 3 COO - prisutna u rastvoru u slab elektrolit CH 3 COOH .

CH 3 COO‾ +H + ↔CH 3 COOH(1)

Jednačina (1) pokazuje da je jaka kiselina HC1 zamijenjena ekvivalentnom količinom slabe kiseline CH 3 COOH. Količina CH 3 COOH se povećava i, prema zakonu razblaženja W. Ostwalda, stepen disocijacije se smanjuje. Kao rezultat toga, koncentracija H+ jona u puferu raste, ali vrlo blago. pH se održava konstantnim.

Prilikom dodavanja kiseline u pufer, pH se određuje po formuli:

pH = pK + ℓg

Kada se u pufer doda mala količina alkalija, on reaguje sa CH 3 COOH. Molekuli octene kiseline će reagovati sa hidroksidnim jonima da bi formirali H 2 O i CH 3 COO ‾:

CH 3 COOH + OH ‾ ↔CH 3 COO ‾ + H 2 O(2)

Kao rezultat, alkalija je zamijenjena ekvivalentnom količinom slabo bazične soli CH 3 COONa. Količina CH 3 COOH se smanjuje i, prema zakonu razblaženja W. Ostwalda, stepen disocijacije se povećava zbog potencijalne kiselosti preostalih nedisociranih molekula CH 3 COOH. Posljedično, koncentracija H + jona se praktično ne mijenja. pH ostaje konstantan.

Kada se doda lužina, pH se određuje po formuli:

pH = pK + ℓg

Pri razrjeđivanju pufera pH se također ne mijenja, jer konstanta disocijacije i omjer komponenti ostaju nepromijenjeni.

Dakle, pH pufera ovisi o: konstanti disocijacije i omjeru koncentracija komponenti. Što su ove vrijednosti veće, to je viši pH pufera. pH pufera će biti najveći pri omjeru komponenti jednakom jedan.

Da bi se kvantitativno okarakterizirao pufer, uvodi se koncept kapacitet bafera.

Buffer tank

To je sposobnost puferskog sistema da se suprotstavi promjenama pH medijuma.Raspon pH vrijednosti iznad i ispod kojeg prestaje djelovanje pufera naziva se tampon zona. Jednako je pH = pK ± 1 Kapacitet pufera (B) izražava se kao broj mol ekvivalenata jake kiseline ili lužine koji se moraju dodati u jednu litru pufera da bi se pH pomjerio za jedan.

B =

B - kapacitet bafera,

n E - količina molskog ekvivalenta jake kiseline ili lužine,

pH H - početna pH vrijednost (prije dodavanja kiseline ili lužine)

pH K - konačna pH vrijednost (nakon dodavanja kiseline ili lužine)

ΔrN je promjena pH.

kapacitet bafera se izračunava po formuli:

V je zapremina kiseline ili lužine,

N je ekvivalentna koncentracija kiseline ili lužine,

V puff. - zapreminu puferskog rastvora,

Δ pH je promjena pH vrijednosti.

Kapacitet pufera ovisi o koncentraciji elektrolita i omjeru komponenti pufera. Najveći puferski kapacitet imaju rastvori sa većom koncentracijom komponenti i odnosom komponenti jednak 1. U ljudskom organizmu deluju proteinski, hemoglobinski, fosfatni i bikarbonatni puferi.

Vrste kompleksnih spojeva koji se koriste u analitičkoj hemiji. Njihova svojstva. Formiranje kompleksa sa monodentatnim i polidentatnim ligandima: struktura kompleksnih jedinjenja, ravnoteža u rastvorima kompleksnih jedinjenja, konstante stabilnosti kompleksnih jona.

Skup spojeva u analitičkoj hemiji. Kvalitativna analiza kationa

1. grupa katjona

Prva analitička grupa katjona sadrži jone kalijuma K+, natrijum Na+, amonijum NH4+ i magnezijum Mg2+. Za razliku od katjona drugih grupa, više soli kalija, natrijuma, amonijaka je lako rastvorljivo u vodi. Ion Mg2+ se donekle razlikuje od ostalih kationa ove grupe. To je oblik oksid hidrata, teško rastvorljiv u vodi, fosfatnim i karbonatnim solima. Budući da je nerastvorljivost ugljičnih soli u vodi najvažnija analitička karakteristika katjona 2. grupe, Mg2 + se ponekad naziva i on.

Reakcije kalijevih katjona

Reakcija sa natrijum kobaltinitritom Na3.

Natrijum kobaltinitrit u neutralnom ili sirćetnom rastvoru daje žute kristale sa jonima kalijuma. precipitat kalijum-natrijum kobaltinitrita:

2KCl + Na3 = K2Na + 2NaCl

ili u jonskom obliku:

2K+ +Na+ + 3- = K2Na

Reakcije amonijum kationa

Reakcija sa Nesslerovim reagensom

(alkalni rastvor kalijum živinog jodida K2).

Ovaj reagens daje crvenkasto-smeđi talog sastava I sa amonijum solima (njeg strukturnu formulu HO - Hg -NH - I):

NH4Cl + 2 K2 + 4KOH = I + 7KI + KCl + 3H2O

ili u jonskom obliku:

NH4+ + 2- + 4OH- = I + 7I- + 3H2O

Pri vrlo malim količinama amonijumovih soli, umesto taloga, dobija se žuti rastvor. Reakcija je veoma osetljiva.

2. grupa katjona

U 2. analitičku grupu katjona spadaju ioni Ba2+, Ca2+, Sr2+.

Zovu se zemnoalkalni metali. U svojoj aktivnosti, oni su nešto inferiorniji od alkalnih metala. Zemnoalkalni metali formiraju veliku količinu soli; od njih su rastvorljivi halogen, nitrat, sirćetna i kisela ugljena. Grupni reagens je amonijum karbonat (NH4)2CO3, formiran od jona Ba2+ i Ca2+, srednjih soli BaCO3 i CaCO3 nerastvorljivih u vodi.

Reakcije kalcijevih katjona

Reakcija sa kalijum ferocijanidom K4.

Ovaj reagens sa kalcijevim solima u prisustvu amonijum soli slika. bijeli kristalni precipitat kalcijum i amonijum ferocijanida Ca(NH4)2:

CaCl2 + 2NH4Cl + K4 = Ca(NH4)2 + 4KCl

ili u jonskom obliku:

Ca2+ + 2 NH4+ + 4- = Ca(NH4)2

3. grupa katjona

Al3+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+ joni se odnose na 3. analitičku grupu katjona.

Jedinjenja sumpora ove grupe kationa su nerastvorljiva u vodi, ali rastvorljiva u razblaženim mineralima. Kao rezultat toga, sumporovodik ne taloži katione 3. grupe iz kiselih otopina. Poet.za potpunu precipitaciju katjona 3. grupe u obliku jedinjenja sumpora umjesto vodonik sulfida cca. njegove dobro disocirane soli. Grupni reagens - amonijum sulfid (NH4)S. Hloridne, sulfatne i nitratne soli ovih elemenata su rastvorljive u vodi. Njihove otopine zbog hidrolize imaju blago kiselu reakciju.

Reakcije feri katjona

K4 sa solima Fe3 + u kiseloj sredini daje plavi talog koji se naziva prusko plavo:

4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

ili u jonskom obliku:

4Fe3+ + 3 = Fe43

Reakcije fero katjona

Reakcija sa kalijum heksacijanoferatom (III) K3.

K3, nazvana crvena krvna sol, daje sa Fe2+ solima u kiseloj sredini tamnoplavi talog željeznog oksida (Turnbull blue) Fe32:

3FeSO4 + K3 = Fe32 + K2SO4

ili u jonskom obliku:

3Fe2+ + 3- = Fe32

Reakcije katjona cinka

Reakcija sa kalijum heksacijanoferatom (II) K43.

K4 stvara bijeli talog kalij-fericijanida i cinka s ionima cinka:

3ZnCl2 + 2K4 = Zn3K22 + 6KCl

ili u jonskom obliku:

3Zn2+ + 2K+ 2 = Zn3K22

4. grupa katjona

To uključuje Hg2+, Cu2+, Bi3+, Ag+, Pb2+ katione.

Jedinjenja sumpora ovih metala nisu rastvori u razblaženim kiselinama. Grupni reagens-vodonik sulfid. Mnogi kationi 4. grupe imaju tendenciju da formiraju stabilne komplekse sa jedinjenjima amonijaka, cijanida. i drugi u vama, što se uspješno koristi. u analitičkom chem.

Reakcije katjona bakra

Reakcija sa kalijum heksacijanoferatom (II) K43.

K4 highlight iz rastvora dvovalentnih soli bakra, crveno-smeđi talog ferruginog bakra Cu2:

2CuSO4 + K4 = Cu2 + 2K2SO4

ili u jonskom obliku:

2Cu2+ + 4- = Cu2

Talog se ne otapa u razrijeđenim kiselinama, već se otapa u NH4OH, stvarajući bakar amonijak:

Cu2 + 12NH4OH = 2(OH)2 + (NH4)4 + 8H2O

ili u jonskom obliku:

Cu2 + 8NH3 = 22+ + 4-

5. grupa katjona

U 5. analitičku grupu, relativni katjoni arsena, antimona, kalaja.

Grupni reagens - polisumporni amonijum. Amonijum polisulfid se dobija otapanjem sumpora u amonijum sulfidu. To je oksidant. Any.complex.comp. od centralnog atoma i čestica koordiniranih oko njega, koje se nazivaju ligandi. Hemijska veza između centralnog atoma i liganda je donorsko-akceptorske prirode, pri čemu je ligand donor para elektrona, a središnji atom akceptor. Ligand može imati nekoliko donorskih atoma sposobnih da formiraju hemijsku vezu sa centralnim atomom. Po ovom osnovu dijele se na monodentne i polidentne. Monodentatni ligand zauzet. jedno koordinaciono mesto na centralnom atomu; polidentat - nekoliko: dva, tri, itd. Max. broj monodentatnih liganada, koji m. koji se nalazi oko centra atoma, naziva se koordinacijskim brojem atoma agensa za stvaranje kompleksa. Centralni atom i ligandi koji se nalaze oko njega. unutrašnja koordinaciona sfera, koja se ponekad naziva i prva koordinaciona sfera. Unutrašnja koordinaciona sfera može imati pozitivnu, negativnu. ili nula električni naboj. Ako unutrašnja koordinaciona sfera ima naboj, imamo posla sa kompleksnim kationom ili anjonom, a za elektroneutralnost kompleksa, spoj mora sadržavati anione ili katione koji se nalaze u vanjskoj ili drugoj koordinacionoj sferi. Komunikacija između internih a vanjska koordinacijska sfera je čisto jonska. poet.in vodeni rastvori joni koji se nalaze u vanjskoj koordinacionoj sferi kompleksa su potpuno disocirani.Ligandi su anjoni ili polarni molekuli. U odnosu na neorganske ligande. molekule vode i amonijaka, kao i jone hidroksida, halida, cijanida itd. Jedan od najčešćih liganada je amonijak. Kompleksi sa org.ligandima su intenzivno obojeni, ner-rims u vodi i lako p-rim u organskom. okruženja. Tipično, ligandi sadrže atome donora kao što su kisik, dušik, sumpor, fosfor i arsen, koji su dio funkcionalnih grupa organskih reagensa.

U kompleksima sa polidentatnim ligandima mogu se formirati kelatni prstenovi. Takvi kompleksi se nazivaju helati. Kelati, kod kojih do zatvaranja ciklusa dolazi kao rezultat pomicanja jednog ili više protona iz kiselih grupa liganda metalnim jonom, nazivaju se intrakompleksna jedinjenja.

Slične informacije.

UVOD

PUFERSKI RASTVORI (puferske smjese, puferi) - otopine koje sadrže puferske sisteme i, kao rezultat, imaju sposobnost održavanja pH na konstantnom nivou. Obično se pripremaju otapanjem u vodi, uzetoj u odgovarajućim omjerima, formiranjem slabe kiseline i njene soli alkalni metal, djelomična neutralizacija slabe kiseline sa jakom alkalijom ili slabe baze sa jakom kiselinom, otapanje mješavine soli polibazne kiseline. pH vrijednost puferskih otopina pripremljenih na ovaj način neznatno varira s temperaturom. Raspon pH vrijednosti u kojem puferska otopina ima stabilna puferska svojstva je unutar pK ± 1 (pK je negativni decimalni logaritam konstante disocijacije slabe kiseline uključene u njegov sastav). Najpoznatija puferska rješenja su: Serensen glicin, Walpoleov acetat, Serensenov fosfat, Palićev borat, Michaelisov veronal, Kolthoffov karbonat, Tris pufer, univerzalni Michaelisov veronal itd.

U laboratorijskoj praksi puferski rastvori se koriste za održavanje aktivne reakcije medijuma na određenom konstantnom nivou i za određivanje pH (pH) - kao standardni rastvori sa stabilnim pH vrednostima itd.

PUFER MIXTURES

Ako se voda doda otopini bilo koje kiseline ili lužine, tada se, naravno, koncentracija vodikovih ili hidroksilnih iona u skladu s tim smanjuje. Ali ako dodate određenu količinu vode u mješavinu octene kiseline i natrijevog acetata ili u mješavinu amonijum hidroksida i amonijum hlorida, tada se koncentracija vodikovih i hidroksilnih jona u tim rastvorima neće promeniti.

Svojstvo nekih otopina da održavaju konstantnu koncentraciju vodikovih jona kada su razrijeđeni, kao i kada se dodaju male količine jakih kiselina ili lužina, poznato je kao pufersko djelovanje.

Otopine koje istovremeno sadrže neku slabu kiselinu i njenu sol ili neku slabu bazu i njenu sol i imaju puferski učinak nazivaju se puferske otopine. Puferske otopine se mogu smatrati mješavinama elektrolita s istoimenim jonima. Prisustvo slabe kiseline ili slabe baze i njihovih soli u otopini smanjuje učinak razrjeđivanja ili djelovanje drugih kiselina i baza na pH otopine.

Takve puferske otopine su sljedeće mješavine CH 3 COOH + CH 3 C OON a, NH 4 OH + NH 4 Cl, Na 2 CO 3 + NaHCO 3, itd.

Puferske otopine, koje su mješavine slabih kiselina i njihovih soli, obično imaju kiselu reakciju (pH<7). Например, буферная смесь 0,1М раствора СН 3 COOP + 0,1M CH rastvor 3 CO ONa ima pH = 4,7.

Puferske otopine, koje su mješavine slabih baza i njihovih soli, po pravilu imaju alkalnu reakciju (pH>7). Na primjer, puferska smjesa od 0,1M otopine N H 4 OH + 0,1 M rastvor N H 4 C1 ima pH = 9,3.

Puferske otopine kiselinske baze

U širem smislu, sistemi bafera se nazivaju sistemi koji održavaju određenu vrijednost parametra kada se sastav promijeni. Puferska rješenja mogu biti

acidobazna - održava konstantnu pH vrijednost dodavanjem malih količina kiseline ili baze.

Redox održava konstantan potencijal sistema kada se uvedu oksidacijski ili redukcijski agensi.

poznate metalne puferske otopine koje održavaju konstantan pH.

U svim slučajevima, puferska otopina je konjugirani par. Posebno, kiselinsko-bazni puferski rastvori sadrže konjugirani kiselinsko-bazni par. Puferski efekat ovih rastvora je posledica prisustva acido-bazne ravnoteže opšti tip:

UKLJUČENO ↔ H + + A -

kiselinski konjugat

Baza

B + H + ↔ HH +

O konjugatno savijanje

Kiselina

Od u ovaj odeljak razmatraju se samo kiselinsko-bazne puferske otopine, nazvat ćemo ih puferskim otopinama, izostavljajući "acid-base" u nazivu.

Puferske otopine su otopine koje održavaju konstantan pH kada se razrijede i dodaju male količine kiseline ili baze.

Klasifikacija tampon sistema

1. mješavine otopina slabih kiselina i njihovih soli. Na primjer, otopina acetatnog pufera.

2. mješavine rastvora slabih baza i njihovih soli. Na primjer, otopina amonijum pufera.

3. mješavine rastvora soli polibaznih kiselina različitog stepena supstitucije. Na primjer, otopina fosfatnog pufera.

4. joni i molekuli amfolita. To uključuje, na primjer, aminokiseline i proteinske puferske sisteme. Budući da su u izoelektričnom stanju, aminokiseline i proteini nisu puferi. Puferski efekat se pojavljuje samo kada im se doda određena količina kiseline ili lužine. U ovom slučaju nastaje mješavina dva oblika proteina: a) slaba "proteinska kiselina" + sol ove slabe kiseline; b) slaba "proteinska baza" + sol ove slabe baze. Dakle, ovaj tip bafer sistema se može pripisati sistemima bafera prvog ili drugog tipa.

Izračunavanje pH puferskih rastvora

Proračun pH puferskih sistema zasniva se na zakonu djelovanja mase za acidobaznu ravnotežu. Za puferski sistem koji se sastoji od slabe kiseline i njene soli, kao što je acetat, koncentracija jona H+ lako izračunati iz konstante ravnoteže octene kiseline:

CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +

(1).

Iz (1) slijedi da je koncentracija vodikovih jona jednaka

(2)

U prisustvu CH 3 COONa kiselinsko-bazna ravnoteža octene kiseline je pomaknuta ulijevo. Dakle, koncentracija nedisocirane octene kiseline je praktično jednaka koncentraciji kiseline, tj. [CH 3 COOH] = sa kiselinom.

Glavni izvor acetatnih jona jak elektrolit CH 3 COONa :

CH 3 COONa → Na + + CH 3 COO -,

Stoga se može pretpostaviti da [ CH 3 COO -] = od soli . Uzimajući u obzir napravljene pretpostavke, jednačina (2) ima oblik:

Odavde se dobija Henderson-Haselbachova jednačina za pufer sisteme koji se sastoje od slabe kiseline i njene soli:

(3)

Za puferski sistem koji se sastoji od slabe baze i njene soli, kao što je amonijak, koncentracija vodonikovih jona u rastvoru može se izračunati iz konstante disocijacije slabe baze.

NH 3 × H 2 O \u003d NH 4 OH ↔ NH 4 + + OH -

(4)

Izražavamo koncentraciju jona oh- iz jonskog proizvoda vode

(5)

i zamijeniti u (4).

(6)

Iz (6) slijedi da je koncentracija vodikovih jona jednaka

(7)

U prisustvu NH 4 Cl acidobazna ravnoteža je pomjerena ulijevo. Dakle, koncentracija nedisociranog amonijaka je praktično jednaka koncentraciji amonijaka, tj. [ NH 4 OH] = sa baznim.

Glavni izvor amonijum kationa jak elektrolit NH4Cl:

NH 4 Cl → NH 4 + + Cl -,

Stoga se može pretpostaviti da [ NH 4 +] = iz soli . Uzimajući u obzir date pretpostavke, jednačina (7) ima oblik:

(8)

Odavde se dobija Henderson-Haselbachova jednačina za pufer sisteme koji se sastoje od slabe baze i njene soli:

(9)

Slično, možete izračunati pH puferskog sistema koji se sastoji od mješavine otopina soli polibaznih kiselina različitih stupnjeva supstitucije, na primjer, fosfata, koji se sastoji od mješavine otopina hidrofosfata ( Na2HPO4 ) i dihidrofosfat ( NaH2PO4 ) natrijum. Njegovo djelovanje se zasniva na acidobaznoj ravnoteži:

H 2 PO 4 - ↔ H + + HPO 4 2-

Slaba kiselina konjugirana baza

(10)

Izražavajući iz (10) koncentraciju vodikovih jona i dajući sljedeće pretpostavke:

[ H 2 PO 4 - ] = c (H 2 PO 4 - ); [ HPO 4 2- ] = c (HPO 4 2- ), dobijamo:

(11).

Uzimajući logaritam ovog izraza i obrnuvši predznake, dobijamo Henderson-Haselbachovu jednačinu za izračunavanje pH fosfatnog pufer sistema

(12),

Gdje je pK b (H 2 PO 4 - ) negativni decimalni logaritam konstante disocijacije

fosforna kiselina u drugoj fazi; sa ( H 2 PO 4 - ) i sa (HPO 4 2- ), odnosno koncentracija kiseline i soli.

Svojstva puferskih rastvora

pH vrijednost puferskih otopina ostaje nepromijenjena kada se razrijedi, kao što slijedi iz Henderson-Haselbachove jednačine. Kada se puferski rastvor razrijedi vodom, koncentracije obje komponente smjese se smanjuju za isti broj puta. Stoga se pH vrijednost ne bi trebala mijenjati. Međutim, iskustvo pokazuje da se neke promjene pH vrijednosti, iako beznačajne, ipak dešavaju. Ovo se objašnjava činjenicom da je Henderson-Haselbachova jednačina približna i ne uzima u obzir međuionske interakcije. Precizni proračuni trebaju uzeti u obzir promjenu koeficijenata aktivnosti konjugiranih kiselina i baza.

Puferske otopine malo mijenjaju pH kada se dodaju male količine kiseline ili baze. Sposobnost puferskih otopina da održavaju konstantan pH kada im se dodaju male količine jake kiseline ili jake baze zasniva se na činjenici da komponenta puferski rastvor može stupiti u interakciju sa H+ dodana kiselina, a druga sa OH- dodata baza. Kao rezultat, sistem bafera može vezati oba H + i OH - i do određene granice za održavanje konstantnosti pH vrijednosti. Pokažimo ovo na primjeru formatnog puferskog sistema, koji je konjugirani kiselinsko-bazni par HCOOH/HCOO- . Ravnoteža u otopini pufera formata može se predstaviti jednadžbom:

HCOOH ↔ HCOO-+H+

Kada se doda jaka kiselina, konjugirana baza HCOO- vezuje dodane jone H+ , pretvarajući se u slabu mravlju kiselinu:

HCOO - + H + ↔ HCOOH

Prema Le Chatelierovom principu, ravnoteža se pomiče ulijevo.

Kada se doda alkalija, protoni mravlje kiseline vezuju dodane jone OH- u molekule vode:

HCOOH + OH - → HCOO - + H 2 O

Kiselinsko-bazna ravnoteža prema Le Chatelieru se pomiče udesno.

U oba slučaja dolazi do malih promjena u omjeru HCOOH/HCOO- , ali se logaritam ovog omjera malo mijenja. Posljedično, pH otopine se također neznatno mijenja.

Suština tampon akcije

Djelovanje puferskih otopina temelji se na činjenici da pojedine komponente puferskih mješavina vežu vodikove ili hidroksilne ione kiselina i baza koje su unesene u njih i formiraju slabe elektrolite. Na primjer, ako puferski rastvor sadrži slabu kiselinu HA n i so ove kiseline Kt A n , dodati alkalije, tada će se dogoditi reakcija stvaranja slabog elektrolita-vode:

H + + OH → H 2 O

Stoga, ako se lužina doda u puferski rastvor koji sadrži kiselinu, tada će ioni vodika nastali tokom elektrolitičke disocijacije kiseline HA n , vezuju se za hidroksilne jone dodane alkalije, formirajući slab elektrolit-vodu. Umjesto istrošenih vodikovih jona, zbog naknadne disocijacije kiselog HA n , pojavljuju se novi joni vodonika. Kao rezultat toga, bivša koncentracija H+ - joni u puferskom rastvoru će biti vraćeni na prvobitnu vrednost.

Ako se u navedenu pufersku smjesu doda jaka kiselina, dogodit će se sljedeća reakcija:

H + + A n - → UKLJUČENO n

one. i n - - joni nastali tokom elektrolitičke disocijacije soli K t A n , spajajući se sa vodikovim ionima dodane kiseline, formiraju molekule slabe kiseline. Stoga se koncentracija vodikovih jona iz dodane jake kiseline u pufersku smjesu praktično neće promijeniti. Učinak drugih puferskih mješavina može se objasniti na sličan način.

pH vrijednost u puferskim otopinama

Promjenom omjera možete dobiti bafer

otopine koje se razlikuju po glatkoj promjeni pH od svojih minimalnih mogućih vrijednosti. U vodenom rastvoru slabe kiseline

[ H + ] = √K HAn * C HAn

gdje

pH = − lg [ N + ] = − − log K HAn − − log C HAn

Ali pošto K HAN predstavlja konstantna vrijednost, onda ga je najbolje predstaviti u obliku pK HAN one. indikator konstante elektrolitičke disocijacije: pK Han = − log K HAn .

Tada to dobijemo u vodenom rastvoru slabe kiseline:

pH = - log [H + ] = - - pK HAn - - pC HAn

Kako se slaba kiselina dodaje u vodeni rastvor njene soli, pH rastvora će se promeniti.

Prema jednadžbi, u rastvoru koji sadrži mešavinu slabe kiseline i njene soli [N+ ] = K HAN

onda

pH \u003d - lg [H + ] \u003d - lg K HAn - lg C HAn + lg C Kt A n.

Slično, izvodimo formulu za slabe baze:

[OH] = √KKtOH * CKtOH

pOH = − log [OH] = − − log K KtOH − − log C KtOH

Koncentracija vodikovih jona je također izražena sljedećom formulom [H+ ] = , dakle

pH = pK w − (− pK KtOH − − lg C KtOH )

Prema jednadžbi, u otopini koja sadrži mješavinu slabe baze i njene soli

[H+]=

t . e .

pH \u003d - log [H + ] \u003d - log K w + log K KtOH - logC Kt A n + log C KtOH.

Nema potrebe pamtiti pH vrijednosti izvedene iz formule, jer se one vrlo lako izvode uzimanjem logaritma jednostavnih formula koje izražavaju vrijednost [H+ ].

Kapacitet bafera

Sposobnost puferskih otopina da održavaju konstantnu pH vrijednost nije neograničena i ovisi o kvalitativnom sastavu puferske otopine i koncentraciji njegovih komponenti. Kada se u puferski rastvor dodaju značajne količine jake kiseline ili lužine, primećuje se primetna promena pH vrednosti. štaviše, za različite puferske mješavine, koje se međusobno razlikuju po sastavu, koje se razlikuju jedna od druge po sastavu, učinak pufera nije isti. Stoga se puferske smjese mogu razlikovati po jačini njihove otpornosti na djelovanje kiselina i lužina unesenih u pufersku otopinu u istim količinama i u određenoj koncentraciji. Granična količina kiseline ili lužine određene koncentracije (u mol/l ili g-eq/l), koja se može dodati puferskoj otopini tako da joj se pH vrijednost promijeni samo za jednu jedinicu, naziva se kapacitet pufera.

Ako vrijednost [H + ] jedne puferske otopine mijenja se kada se doda jaka kiselina manje od vrijednosti [N+ ] druga puferska otopina pri dodavanju iste količine kiseline, prva smjesa ima veći puferski kapacitet. Za istu otopinu pufera, što je veći kapacitet pufera, veća je koncentracija njegovih komponenti.

Puferska svojstva rastvora jakih kiselina i baza.

Rastvori jakih kiselina i baza u dovoljno visokim koncentracijama također imaju puferski učinak. Konjugirani sistemi u ovom slučaju su H 3 O + /H 2 O za jake kiseline i OH- /N 2 Za jake baze. Jake kiseline i baze su potpuno disocirane u vodenim otopinama i stoga ih karakterizira visoka koncentracija hidronijevih jona.ili hidroksilne jone. Dodavanje malih količina jake kiseline ili jake baze u njihove otopine stoga ima zanemarljiv utjecaj na pH otopine.

Priprema puferskih rastvora

1. Razblaživanje u volumetrijskoj tikvici odgovarajućih fiksanala.

2. Miješanje količina odgovarajućih konjugiranih kiselinsko-baznih parova izračunatih prema Henderson-Haselbachovoj jednačini.

3. Djelomična neutralizacija slabe kiseline jakom alkalijom ili slabe baze jakom kiselinom.

Budući da su puferska svojstva vrlo slaba ako se koncentracija jedne komponente razlikuje 10 puta ili više od koncentracije druge, puferske otopine se često pripremaju miješanjem otopina jednakih koncentracija obje komponente ili dodavanjem odgovarajuće količine reagensa u rastvor jedne komponente, što dovodi do stvaranja jednake koncentracije konjugovanog oblika. Referentna literatura sadrži detaljne recepte za pripremu puferskih otopina za različite pH vrijednosti.

Primena puferskih rastvora u hemijskoj analizi

Puferske otopine se široko koriste u hemijska analiza u onim slučajevima kada, prema uslovima iskustva hemijska reakcija mora nastaviti uz praćenje tačne pH vrijednosti, koja se ne mijenja kada se otopina razrijedi ili kada joj se dodaju drugi reagensi. Na primjer, prilikom izvođenja oksidaciono-redukcione reakcije, tokom taloženja sulfida, hidroksida, karbonata, hromata, fosfata itd.

Evo nekoliko slučajeva njihove upotrebe u svrhe analize:

Rastvor acetatnog pufera (CH3COOH + CH 3 COO Na ; pH = 5) koristi se za taloženje precipitata koji se ne taloži u kiselim ili alkalnim otopinama. Štetno dejstvo kiselina potiskuje natrijum acetat, koji reaguje sa jakom kiselinom. Na primjer:

HC1 + CH 3 COO N a → CH 3 COOH + Na C1

ili u jonskom obliku

H + + CH 3 COO → CH 3 COOH.

Puferski rastvor amonijak-amonijum ( N H 4 OH + N H 4 C1; pH = 9) koristi se za taloženje barijuma, stroncijuma, kalcijum karbonata i njihovo odvajanje od jona magnezijuma; tokom taloženja sulfida nikla, kobalta, cinka, mangana i gvožđa; kao i u izolaciji hidroksida aluminijuma, hroma, berilijuma, titanijuma, cirkonija, gvožđa itd.

Formatni puferski rastvor (HCOOH + HCOO N a; pH = 2) koristi se za odvajanje jona cinka precipitiranih u obliku ZnS u prisustvu jona kobalta, nikla, mangana, gvožđa, aluminijuma i hroma.

otopina fosfatnog pufera ( N a 2 HPO 4 + N aH 2 RO; pH = 8) koristi se u izvođenju mnogih redoks reakcija.

Za uspješno korištenje puferskih mješavina za analizu, mora se imati na umu da nije svaka puferska mješavina prikladna za analizu. Puferska smjesa se odabire ovisno o njezinoj namjeni. Mora zadovoljiti određeni kvalitativni sastav, a njegove komponente moraju biti prisutne u otopini u određenim količinama, jer djelovanje puferskih mješavina ovisi o odnosu koncentracije njihovih komponenti.

Gore navedeno može se predstaviti u obliku tabele.

Puferske otopine korištene u testu

Smjese kiselih soli s različitim supstitucijama vodonika metalom također imaju puferski učinak. Na primjer, u puferskoj mješavini dihidrogen fosfata i natrijevog hidrogen fosfata, prva sol igra ulogu slabe kiseline, a druga ulogu njene soli.

Promjenom koncentracije slabe kiseline i njene soli moguće je dobiti puferske otopine s date vrijednosti pH.

Složeni puferski sistemi također djeluju u životinjskim i biljnim organizmima, održavajući konstantan pH krvi, limfe i drugih tekućina. Tlo također ima svojstva puferiranja, koja imaju tendenciju da se suprotstave vanjskim faktorima koji mijenjaju pH otopine tla, na primjer, kada se kiseline ili baze unose u tlo.

ZAKLJUČAK

Dakle, bafer rješenja se nazivaju rješenja koja podržavajukonstantna pH vrijednost kada se razrijedi i dodaju male količine kiseline ili baze. Važna osobina puferskih rastvora je njihova sposobnost da održavaju konstantnu pH vrednost kada se rastvor razblaži. Otopine kiselina i baza ne mogu se nazvati puferskim otopinama, jer kada se razblaži vodom, pH rastvora se menja. Najefikasnije puferske otopine pripremaju se od otopina slabe kiseline i njene soli ili slabe baze i njene soli.

Puferske otopine se mogu smatrati mješavinama elektrolita s istoimenim jonima. Puferska rješenja igraju važnu ulogu u mnogim tehnološkim procesima. Koriste se, na primjer, u elektrohemijskoj primjeni zaštitnih premaza, u proizvodnji boja, kože, fotografskih materijala. Puferske otopine se široko koriste u hemijskim analizama i za kalibraciju pH metara.

Mnoge biološke tekućine su puferske otopine. Na primjer, pH krvi u ljudskom tijelu održava se između 7,35 i 7,45; želudačni sok od 1,6 do 1,8; pljuvačka od 6.35 do 6.85. Komponente takvih otopina su karbonati, fosfati i proteini. U bakteriološkim studijama, uzgoj bakterija također zahtijeva korištenje puferskih otopina.

REFERENCE

1. Kreshkov A.P. Osnove analitičke hemije. Knjiga 1. - M: Hemija, 1965. -498 str.

2. Tsitovich I.K. Kurs analitičke hemije: udžbenik za srednje škole. - Sankt Peterburg: "Lan", 2007. - 496 str.

3. Kreshkov A.P., Yaroslavtsev A.A. Kurs analitičke hemije. Knjiga 1. Kvalitativna analiza - 2. izd. revidirano. - M.: Hemija, 1964 - 432 str.

4. Hemija: priručnik za srednjoškolce i studente / Ed. Lidia R.A., Alikberova L.Yu. - M.: AST-PRESS ŠKOLA, 2007 -512s.

5. Osipov Yu.S., Velika ruska enciklopedija: u 30 tomova T.4.- M.: Velika ruska enciklopedija 2006. - 751 str.

6. Mikhailenko Ya.I., Uvod u hemijsku analizu, Goshimtekhizdat, 1933.

Henderson-Haselbachova jednadžba - matematički izraz koji karakteriše mogućnosti bafer sistema. Jednačina pokazuje kako kiselinsko-bazna ravnoteža puferskog rastvora zavisi od svojstava komponenti kiselo-baznog puferskog sistema i od kvantitativnog odnosa ovih komponenti u rastvoru. Pokazatelj kiselinsko-bazne ravnoteže u otopini je pH, pH. Svojstvo kiseline (njena sposobnost razlaganja na jone), kao komponente puferskog sistema, karakteriše vrednost konstante ravnoteže, konstante disocijacije kiseline, Ka. pK= – lgK D

Kvantitativna struktura (sastav) puferskog sistema može se procijeniti kao omjer soli/kiseline. S obzirom na gore navedeno, Henderson-Haselbachova jednačina izgleda ovako:

pH = pK + log

Na vrijednost pH i pOH utiče konstanta disocijacije i omjer koncentracija komponenti.

18. Tampon rezervoar. Tampon zona.

Interval pH=pKa±1 pozvao tampon zona .

Kapacitet bafera (V) izraženo kao broj mol ekvivalenata jake kiseline ili baze koji se moraju dodati u jednu litru pufera da bi se pH pomjerio za jedan.

B - kapacitet bafera,

nE je molski ekvivalent jake kiseline ili lužine,

ΔrN je promjena pH.

U praksi se kapacitet bafera izračunava po formuli:

V je zapremina kiseline ili lužine,

N je ekvivalentna koncentracija kiseline ili lužine,

V pufer - zapremina rastvora pufera,

Δ pH je promjena pH vrijednosti.

Kapacitet bafera zavisi od koncentracije elektrolita i omjeri pufera.

19. Kvantitativno određivanje kapaciteta pufera.

Količina kiseline ili lužine koja se mora dodati u 1 litru puferske otopine da bi se njena pH vrijednost promijenila za jedan naziva se kapacitet bafera

Što više početna koncentracija puferska smjesa, veći je njen puferski kapacitet

20. Puferski sistemi krvi: bikarbonatni, fosfatni, hemoglobinski i proteinski

pufer za hemoglobin On čini 35% kapaciteta bafera.

Glavni puferski sistem eritrocita, koji čini oko 75% ukupnog puferskog kapaciteta krvi. Hemoglobinski pufer sistem krvi igra značajnu ulogu u: disanju, transportu kiseonika do tkiva i održavanju konstantnog pH krvi.

Predstavljaju ga dvije slabe kiseline - hemoglobin i oksihemoglobin i njihove konjugirane baze - hemoglobinatni i oksihemoglobinatni joni, respektivno:

HHb ↔ H + + Hb -

HHbO 2 ↔ H + HbO 2 -

Fosfatni pufer

Nalazi se i u krvi iu ćelijskoj tečnosti drugih tkiva, posebno bubrega. U ćelijama je predstavljen solima

K 2 NRO 4 i KN 2 RO 4, te u krvnoj plazmi i međućelijskoj tekućini

Na2HPO4 i NaH2PO4.

Funkcionira prvenstveno u plazmi i uključuje: dihidrofosfatni ion i hidrogenfosfat ion

H 2 RO 4 - i NRO 4 2-

Ovaj sistem igra ključnu ulogu u biološkim sredinama − u ćeliji, u sokovima probavnih žlijezda, u urinu.

bikarbonatni pufer . On čini 53% kapaciteta bafera.

Predstavljeno:

H 2 CO 3 i NaHCO3

Bikarbonatni pufer je glavni puferski sistem u krvnoj plazmi; to je sistem brzog odgovora, jer se produkt njegove interakcije sa CO 2 kiselinama brzo izlučuje kroz pluća.

Proteinski pufer To je 5% kapaciteta bafera.

Sastoji se od proteinske kiseline i njene soli koju formira jaka baza.

Pt - COOH - protein-kiselina

Pt - COONa - protein-sol

1. Kada se u tijelu formiraju jake kiseline, one stupaju u interakciju sa soli proteina.

HC1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl.

2. Sa povećanjem alkalnih proizvoda, oni stupaju u interakciju sa Pt-COOH:

NaOH + Pt-COOH ↔ Pt-COONa + H 2 O

Protein je amfoterni elektrolit i stoga pokazuje vlastito pufersko djelovanje.

Poglavlje 6. PROTOLITIČKI PUFERI SISTEMI

Poglavlje 6. PROTOLITIČKI PUFERI SISTEMI

Promjena bilo kojeg faktora koji može uticati na stanje hemijske ravnoteže sistema supstanci izaziva reakciju u njemu koja teži da se suprotstavi promeni koja se vrši.

A. Le Chatelier

6.1. BUFFER SYSTEMS. DEFINICIJA I OPŠTE ODREDBE TEORIJE BAFE SISTEMA. KLASIFIKACIJA BUFER SISTEMA

Sistemi koji podržavaju protolitičku homeostazu uključuju ne samo fiziološke mehanizme (plućna i bubrežna kompenzacija), već i fizičko-hemijsko pufersko djelovanje, razmjenu jona i difuziju. Održavanje kiselinsko-bazne ravnoteže na datom nivou osigurava se na molekularnom nivou djelovanjem puferskih sistema.

Protolitički puferski sistemi su rastvori koji održavaju konstantnu pH vrednost kako pri dodavanju kiselina i lužina, tako i kada su razblaženi.

Sposobnost nekih otopina da održavaju konstantnu koncentraciju vodikovih iona naziva se tampon akcija,što je glavni mehanizam protolitičke homeostaze. Puferske otopine su mješavine slabe baze ili slabe kiseline i njihove soli. U puferskim rastvorima, glavne "delujuće" komponente su donor i akceptor protona, prema Brönstedovoj teoriji, ili donor i akceptor elektronskog para, prema Lewisovoj teoriji, koji predstavljaju kiselinsko-bazni par.

Prema pripadnosti slabog elektrolita puferskog sistema klasi kiselina ili baza i prema vrsti nabijene čestice dijele se na tri tipa: kisele, bazične i amfolitične. Rješenje koje sadrži jedan ili više puferskih sistema naziva se pufer rješenje. Puferske otopine mogu se pripremiti na dva načina:

Djelomična neutralizacija slabog elektrolita sa jakim elektrolitom:

Mešanje rastvora slabih elektrolita sa njihovim solima (ili dve soli): CH 3 COOH i CH 3 COONa; NH 3 i NH 4 Cl; NaH2PO4

i Na 2 HPO 4 .

Razlog za pojavu novog kvaliteta u otopinama - puferskog djelovanja - je kombinacija nekoliko protolitičkih ravnoteža:

Konjugirani kiselinsko-bazni parovi B/BH + i A - /HA nazivaju se puferski sistemi.

U skladu sa Le Chatelierovim principom, dodavanjem slabe kiseline HB + H 2 O ↔ H 3 O + + B - u otopinu jake kiseline ili soli koja sadrži anione B - , dolazi do procesa ionizacije koji pomiče ravnotežu ulijevo ( opšti efekat jona) B - + H 2 O ↔ HB + OH - , a dodavanje alkalija (OH -) - udesno, jer će se koncentracija hidronijumovih jona smanjiti usled reakcije neutralizacije.

Kada se spoje dvije izolirane ravnoteže (jonizacija kiseline i anjonska hidroliza), ispada da su procesi koji će se u njima odvijati pod utjecajem istih vanjskih faktora (adicija hidronij iona i hidroksidnih jona) višesmjerni. Osim toga, koncentracija jednog od proizvoda svake od kombiniranih reakcija utječe na ravnotežni položaj druge reakcije.

Protolitički puferski sistem je kombinovana ravnoteža procesa jonizacije i hidrolize.

Jednačina puferskog sistema izražava ovisnost pH otopine pufera o sastavu puferskog sistema:

Analiza jednačine pokazuje da pH vrijednost puferske otopine ovisi o prirodi tvari koje formiraju puferski sistem, o odnosu koncentracije komponenti i temperature (pošto od toga ovisi vrijednost pKa).

Prema protolitičkoj teoriji, kiseline, baze i amfoliti su protoliti.

6.2. VRSTE BUFER SISTEMA

Acid Buffer Systems

Kiseli puferski sistemi su mješavina slabe kiseline HB (donor protona) i njene soli B - (akceptor protona). Oni imaju tendenciju da budu kiseli (pH<7).

Bikarbonatni puferski sistem (zona puferskog djelovanja pH 5,4-7,4) - mješavina slabe ugljične kiseline H 2 CO 3 (donor protona) i njene soli HCO 3 - (akceptor protona).

Hidrofosfatni puferski sistem (pufer zona pH 6,2-8,2) - mješavina slabe kiseline H 2 PO 4 - (donor protona) i njene soli HPO 4 2- (akceptor protona).

Hemoglobinski pufer sistem predstavljaju dvije slabe kiseline (donori protona) - hemoglobin HHb i oksihemoglobin HHbO 2 i njihove konjugirane slabe baze (akceptori protona) - odnosno hemoglobinat - Hb - i oksihemoglobinatni anjoni HbO 2 -.

Bufer sistemi glavnog tipa

Glavni puferski sistemi su mješavina slabe baze (akceptor protona) i njene soli (donor protona). Oni imaju tendenciju da budu alkalni (pH > 7).

Puferski sistem amonijaka: mješavina slabe baze NH 3 H 2 O (akceptor protona) i njegove soli - jakog elektrolita NH 4 + (donor protona). Zona djelovanja pufera na pH 8,2-10,2.

Puferski sistemi amfolitičkog tipa

Amfolitni puferski sistemi se sastoje od mješavine dvije soli ili soli slabe kiseline i slabe baze, na primjer CH 3 COONH 4, u kojoj CH 3 COO - pokazuje slaba bazična svojstva - akceptor protona, a NH 4 + - a slaba kiselina - donor protona. Biološki značajan puferski sistem amfolitičkog tipa je proteinski puferski sistem - (NH 3 +) m -Prot-(CH 3 COO -) n .

Puferski sistemi se mogu posmatrati kao mešavina slabih i jakih elektrolita sa istoimenim jonima (efekat zajedničkog jona). Na primjer, u otopini acetatnog pufera - acetatni ioni, au hidrokarbonatnoj - karbonatni ioni.

6.3. MEHANIZAM DJELOVANJA PUFER OTVORENJA I ODREĐIVANJE PH U OVIM RASTVORIMA. HENDERSON-HASSELBACHOVA JEDNAČINA

Razmotrimo mehanizam djelovanja puferskih otopina kiselog tipa na primjeru acetatnog puferskog sistema CH 3 COO - /CH 3 COOH, koji se zasniva na kiselinsko-baznoj ravnoteži CH 3 COOH ↔ H + + CH 3 COO - (K I \u003d 1,75 10 - pet). Glavni izvor acetatnih jona je jak elektrolit CH 3 COONa. Kada se doda jaka kiselina, konjugirana baza CH 3 COO - veže dodane katjone vodika, pretvarajući se u slabu kiselinu: CH 3 COO - + + H + ↔ CH 3 COOH (kiselinsko-bazna ravnoteža se pomiče ulijevo). Smanjenje koncentracije CH 3 COO - uravnoteženo je povećanjem koncentracije slabe kiseline i ukazuje na proces hidrolize. Prema Ostwaldovom zakonu razrjeđivanja, povećanje koncentracije kiseline malo snižava njen stupanj elektrolitičke disocijacije, a kiselina praktički ne ionizira. Dakle, u sistemu: C to raste, C c i α opada, - const, C to / C c raste, gdje je C to koncentracija kiseline, C c je koncentracija soli, α je stepen elektrolitičke disocijacije.

Kada se doda lužina, otpuštaju se katjoni vodonika sirćetne kiseline i neutraliziraju dodanim OH - jonima, vezujući se u molekule vode: CH 3 COOH + OH - → CH 3 COO - + H 2 O

(kiselinsko-bazna ravnoteža se pomiče udesno). Dakle, C do raste, C do i α opada, - const, C do /C do opada.

Mehanizam djelovanja puferskih sistema osnovnog i amfolitičkog tipa je sličan. Puferski efekat rastvora nastaje usled promene kiselinsko-bazne ravnoteže usled vezivanja dodatih H + i OH - jona od strane puferskih komponenti i formiranja supstanci sa niskim stepenom disocijacije.

Mehanizam djelovanja otopine proteinskog pufera kada se doda kiselina: (NH 3 +) m -Prot- (COO -) n + nH+ ↔ (NH 3 +) m -Prot-(COOH) n, uz dodatak alkalija - (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + moh- ↔ (NH 2) m - Prot-(COO -) n + mH 2 O.

Pri visokim koncentracijama H + i OH - (više od 0,1 mol / l), odnos komponenti puferske smjese se značajno mijenja - C do / C se povećava ili smanjuje, a pH se može promijeniti. Ovo potvrđuje i Henderson-Haselbachova jednadžba, koji uspostavlja zavisnost [H + ], K I, α i C od /C s. Jednačina

izvodimo na primjeru puferskog sistema kiselinskog tipa - mješavine sirćetne kiseline i njene soli CH 3 COONa. Koncentracija vodikovih iona u puferskoj otopini određena je jonizacijskom konstantom octene kiseline:

Jednačina pokazuje da je koncentracija vodikovih jona direktno ovisna o K I, α, koncentraciji kiseline C do i obrnuto zavisna od C c i omjera C prema /C c. Uzimajući logaritam obe strane jednačine i uzimajući logaritam sa predznakom minus, dobijamo jednačinu u logaritamskom obliku:

Henderson-Haselbachova jednadžba za puferske sisteme baznog i amfolitičkog tipa izvedena je na primjeru izvođenja jednadžbe za puferske sisteme kiselog tipa.

Za bazni puferski sistem, kao što je amonijak, koncentracija vodikovih kationa u rastvoru može se izračunati iz acido-bazne konstante ravnoteže konjugirane kiseline

NH 4 + :

Henderson-Haselbachova jednačina za tampon sisteme glavnog tipa:

Ova jednačina se može predstaviti kao:

Za sistem fosfatnog pufera HPO 4 2- /H 2 PO 4 - pH se može izračunati pomoću jednačine:

gdje je pK 2 konstanta disocijacije fosforne kiseline u drugom stupnju.

6.4. KAPACITET BAFERA ​​I ODREĐIVAČI

Sposobnost otopina da održavaju konstantnu pH vrijednost nije neograničena. Puferske smjese se mogu razlikovati po snazi ​​njihove otpornosti na djelovanje kiselina i baza unesenih u pufersku otopinu.

Količina kiseline ili lužine koju je potrebno dodati u 1 litar puferske otopine tako da se njena pH vrijednost promijeni za jedan naziva se kapacitet pufera.

Dakle, kapacitet pufera je kvantitativna mjera puferskog efekta otopine. Puferska otopina ima maksimalni puferski kapacitet pri pH = pK kiseline ili baze koja formira smjesu u omjeru svojih komponenti jednakom jedan. Što je veća početna koncentracija puferske mješavine, veći je njen kapacitet pufera. Kapacitet pufera ovisi o sastavu puferske otopine, koncentraciji i omjeru komponenti.

Morate biti u mogućnosti da odaberete pravi sistem bafera. Izbor je određen traženim pH opsegom. Zona puferskog djelovanja određena je indeksom jačine kiseline (baze) ±1 jedinica.

Prilikom odabira puferske smjese potrebno je uzeti u obzir kemijsku prirodu njenih komponenti, budući da su tvari otopine na koje se

puferski sistem se formira, može formirati nerastvorljiva jedinjenja, komunicirati sa komponentama pufer sistema.

6.5. SISTEMI PUFE KRVI

Krv sadrži 4 glavna pufer sistema.

1. Hidrokarbonat. On čini 50% kapaciteta. Djeluje uglavnom u plazmi i igra centralnu ulogu u transportu CO 2 .

2. Proteini. Na njega otpada 7% kapaciteta.

3. Hemoglobin, on čini 35% kapaciteta. Predstavljen je hemoglobinom i oksihemoglobinom.

4.Hidrofosfatni pufer sistem - 5% kapaciteta. Bikarbonatni i hemoglobinski puferski sistemi rade

centralnu i izuzetno važnu ulogu u transportu CO 2 i uspostavljanju pH vrednosti. U krvnoj plazmi pH 7,4. CO 2 je proizvod staničnog metabolizma koji se oslobađa u krv. Difundira kroz membranu u eritrocite, gdje reaguje sa vodom i formira H 2 CO 3 . Omjer je postavljen na 7 i pH će biti 7,25. Kiselost se povećava i javljaju se reakcije:

Nastali HCO 3 - prolazi kroz membranu i odnosi se krvotokom. U krvnoj plazmi u isto vrijeme pH 7,4. Kada venska krv ponovo uđe u pluća, hemoglobin reaguje sa kiseonikom i formira oksihemoglobin, koji je jača kiselina: HHb + + O 2 ↔ HHbO 2. pH se smanjuje, kako se formira jača kiselina, dolazi do reakcije: HHbO 2 + HCO 3 - ↔ HbO 2 - + H 2 CO 3. Zatim se CO2 ispušta u atmosferu. Ovo je jedan od mehanizama transporta CO 2 i O 2.

Hidrataciju i dehidraciju CO 2 katalizira enzim karboanhidraza koji je prisutan u eritrocitima.

Baze su također vezane puferskom otopinom krvi i izlučuju se urinom, uglavnom u obliku mono- i disupstituiranih fosfata.

U klinikama se uvijek određuje rezervni alkalitet krvi.

6.6. PITANJA I VJEŽBE ZA SAMOPROVJERU PRIPREMNOSTI ZA ČAS I ISPIT

1. Prilikom kombinovanja koje protolitičke ravnoteže će rastvori imati svojstva pufera?

2. Dajte koncept tampon sistema i tampon djelovanja. Koja je kemija djelovanja pufera?

3. Glavne vrste puferskih rješenja. Mehanizam njihovog puferskog djelovanja i Henderson-Haselbachova jednačina koja određuje pH u puferskim sistemima.

4. Glavni tampon sistemi tijela i njihov odnos. Šta određuje pH pufer sistema?

5. Šta se naziva kapacitetom bafer sistema? Koji od sistema pufera krvi ima najveći kapacitet?

6. Metode za dobijanje puferskih rastvora.

7. Izbor puferskih otopina za biomedicinska istraživanja.

8. Utvrditi da li se kod bolesnika javlja acidoza ili alkaloza ako je koncentracija vodonikovih jona u krvi 1.2.10 -7 mol/l?

6.7. TESTOVI

1. Koji od predloženih sistema je bafer?

a) HCl i NaCl;

b) H 2 SO 4 i NaHSO 4;

c)H 2 CO 3 i NaHCO 3 ;

d) HNO 3 i NaNO 3;

e) HClO 4 i NaClO 4 .

2. Za koji od predloženih puferskih sistema odgovara formula za proračun pH = pK?

a) 0,1 M rastvor NaH 2 PO 4 i 0,1 M rastvor Na 2 HPO 4;

b) 0,2 M rastvor H 2 CO 3 i 0,3 M rastvor NaHCO 3;

c) 0,4 M rastvor NH 4 OH i 0,3 M rastvor NH 4 Cl;

d) 0,5 M rastvor CH 3 COOH i 0,8 M rastvor CH 3 COONa;

e) 0,4 M rastvor NaHCO 3 i 0,2 M rastvor H 2 CO 3 .

3. Koji od predloženih pufer sistema je bikarbonatni pufer sistem?

a) NH 4 OH i NH 4 Cl;

b) H 2 CO 3 i KNSO 3;

c) NaH 2 PO 4 i Na 2 HPO 4;

d) CH 3 COOH i CH 3 COOK;

e) K 2 HPO 4 i KH 2 RO 4.

4. Pod kojim uslovima je pH puferskog sistema jednak pK?

a) kada su koncentracije kiseline i njene soli jednake;

b) kada koncentracije kiseline i njene soli nisu jednake;

c) kada je volumni odnos kiseline i njene soli 0,5;

d) kada odnos zapremina kiseline i njene soli pri istim koncentracijama nije jednak;

e) kada je koncentracija kiseline 2 puta veća od koncentracije soli.

5. Koja je od predloženih formula pogodna za izračunavanje [H+], za sistem CH 3 COOH i CH 3 KUVATI?

6. Koja od sljedećih mješavina je dio tjelesnog pufer sistema?

a) HCl i NaCl;

b) H 2 S i NaHS;

c) NH 4 OH i NH 4 Cl;

d) H 2 CO 3 i NaHCO 3;

e) Ba(OH) 2 i BaOHCl.

7. Kojoj vrsti kiselinsko-baznih puferskih sistema pripada proteinski pufer?

a) slaba kiselina i njen anjon;

c) anjoni 2 kiselih soli;

e) joni i molekuli amfolita.

8. Kojoj vrsti kiselinsko-baznih puferskih sistema pripada amonijačni pufer?

a) slaba kiselina i njen anjon;

b) kiseli i srednji anjoni soli;

c) anjoni 2 kiselih soli;

d) slaba baza i njen katjon;

e) joni i molekuli amfolita.

9. Kojoj vrsti kiselinsko-baznih puferskih sistema pripada fosfatni pufer?

a) slaba kiselina i njen anjon;

b) kiseli i srednji anjoni soli;

c) anjoni 2 kiselih soli;

d) slaba baza i njen katjon;

e) joni i molekuli amfolita.

10. Kada sistem proteinskog pufera nije pufer?

a) u izoelektričnoj tački;

b) kada se dodaje alkalija;

c) prilikom dodavanja kiseline;

d) u neutralnom okruženju.

11. Koja je od predloženih formula pogodna za izračunavanje [OH -] sistema: NH 4 OH i NH 4 Cl?

Opća hemija: udžbenik / A. V. Zholnin; ed. V. A. Popkova, A. V. Žolnina. - 2012. - 400 str.: ilustr.