Canlı organizmaların temel özelliklerinden biri, asit-baz homeostazının belirli bir düzeyde korunmasıdır. protolitik homeostaz- biyolojik sıvıların, dokuların ve organların pH'ının sabitliği. Bu, biyolojik ortamın (kan, tükürük, mide suyu vb.) oldukça sabit pH değerlerinde ve vücudun protolitlere maruz kaldığında normal pH değerlerini geri yükleme yeteneğinde ifade bulur. Sistem desteği protolitik homeostaz, sadece fizyolojik mekanizmaları (pulmoner ve renal kompanzasyon) değil, aynı zamanda fizikokimyasal olanları da içerir: tamponlama eylemi, iyon değişimi ve difüzyon.

tampon çözeltiler aranan Seyreltildiğinde veya az miktarda kuvvetli asit veya baz eklendiğinde pH değerlerini değişmeden koruyan çözeltiler. Protolitik tampon çözeltileri, aynı adı taşıyan iyonları içeren elektrolit karışımlarıdır.

Temel olarak iki tür protolitik tampon çözümü vardır:

Asit, yani zayıf bir asit ve onun eşlenik bazının fazlalığından (güçlü bir baz ve bu asidin bir anyonunun oluşturduğu tuz) oluşur. Örneğin: CH3COOH ve CH3COOHa - asetat tamponu

CH 3 COOH + H 2 O ↔ H 3 O + + CH 3 COO - fazla konjuge

zemin

CH 3 COOHa → Na + + CH 3 COO -

Temel, yani zayıf bir baz ve onun eşlenik asidinin fazlalığından (yani, güçlü bir asit ve bu bazın bir katyonundan oluşan bir tuz) oluşur. Örneğin: NH40H ve NH4Cl - amonyak tamponu.

NH 3 + H 2 O ↔ OH - + NH 4 + fazla

Temel

eşlenik

NH 4 Cl → Cl - + NH 4 + asitler

Tampon sistem denklemi, Henderson-Hasselbach formülü kullanılarak hesaplanır:

pH = pK + ℓg, pOH = pK + ℓg
,

burada pK = -ℓg K D.

C, elektrolitin molar veya eşdeğer konsantrasyonudur (C = V N)

Tampon çözeltilerin etki mekanizması

Örnek olarak bir asetat tamponu kullanmayı düşünün: CH3COOH + CH3COOHa

Asetat iyonlarının yüksek konsantrasyonu, güçlü bir elektrolit - sodyum asetatın tamamen ayrışmasından kaynaklanır ve aynı adı taşıyan anyonun varlığında asetik asit, çözeltide pratik olarak iyonize olmayan bir formda bulunur.

Az miktarda hidroklorik asit eklendiğinde, H + iyonları, çözeltide bulunan konjuge baz CH3COO'ya bağlanır - zayıf bir elektrolit CH3COOH halinde bulunur.

CH 3 COO ‾ +H + ↔ CH 3 COOH (1)

Denklem (1), güçlü asit HC1'in eşdeğer miktarda zayıf asit CH3COOH ile değiştirildiğini gösterir. CH3COOH miktarı artar ve W. Ostwald tarafından seyreltme yasasına göre ayrışma derecesi azalır. Sonuç olarak, tampondaki H + iyonlarının konsantrasyonu artar, ancak çok az. pH sabit tutulur.

Tampona asit eklerken, pH aşağıdaki formülle belirlenir:

pH = pK + ℓg

Tampona az miktarda alkali eklendiğinde, CH3COOH ile reaksiyona girer. Asetik asit molekülleri, H 2 O ve CH 3 COO ‾ oluşturmak için hidroksit iyonlarıyla reaksiyona girer:

CH3COOH + OH ‾ ↔ CH3COO ‾ + H20 (2)

Sonuç olarak, alkali eşdeğer miktarda zayıf bazik tuz CH3COONa ile değiştirilir. CH3COOH miktarı azalır ve W. Ostwald tarafından seyreltme yasasına göre, CH3COOH'nin geri kalan ayrışmamış moleküllerinin potansiyel asitliği nedeniyle ayrışma derecesi artar. Sonuç olarak, H + iyonlarının konsantrasyonu pratik olarak değişmez. pH sabit kalır.

Alkali eklendiğinde, pH aşağıdaki formülle belirlenir:

pH = pK + ℓg

Tampon seyreltildiğinde pH da değişmez çünkü ayrışma sabiti ve bileşenlerin oranı değişmeden kalır.

Bu nedenle, tamponun pH'ı şunlara bağlıdır: ayrışma sabiti ve bileşenlerin konsantrasyon oranı. Bu değerler ne kadar büyük olursa, tamponun pH'ı o kadar yüksek olur. Tamponun pH'ı, bileşenlerin bire eşit oranında en büyük olacaktır.

İçin nicel özellikler tampon tanıtılan konsept tampon kapasitesi.

Tampon çözümler denir Seyreltildiğinde veya az miktarda kuvvetli asit veya baz eklendiğinde pH değerlerini değişmeden koruyan çözeltiler. Protolitik tampon çözeltileri, aynı adı taşıyan iyonları içeren elektrolit karışımlarıdır.Temel olarak iki tip protolitik tampon çözeltisi vardır: Asidik, yani. zayıf bir asit ve onun eşlenik bazının fazlalığından (güçlü bir baz ve bu asidin bir anyonunun oluşturduğu tuz) oluşur. Örneğin: CH3COOH ve CH3COOHa - asetat tamponu; Bazik, yani. zayıf bir baz ve onun eşlenik asidinin fazlalığından (yani, güçlü bir asit ve bu bazın bir katyonundan oluşan bir tuz) oluşur. Örneğin: NH 4 OH ve NH 4 Cl - Tampon sistem denklemi Henderson-Hasselbach formülü kullanılarak hesaplanır:

pH = pK + ℓg, pOH = pK + ℓg,

burada pK = -ℓg K D.

C, elektrolitin molar veya eşdeğer konsantrasyonudur (C = V N)

Tampon çözeltilerin etki mekanizması

Örnek olarak bir asetat tamponu kullanmayı düşünün: CH3COOH + CH3COONa Az miktarda hidroklorik asit eklendiğinde, H + iyonları konjugat bazına bağlanır CH3 COO - çözeltide zayıf bir elektrolit halinde bulunur CH3COOH .

CH 3 COO‾ +H + ↔CH 3 COOH(1)

Denklem (1), güçlü asit HC1'in eşdeğer miktarda zayıf asit CH3COOH ile değiştirildiğini gösterir. CH3COOH miktarı artar ve W. Ostwald tarafından seyreltme yasasına göre ayrışma derecesi azalır. Sonuç olarak, tampondaki H + iyonlarının konsantrasyonu artar, ancak çok az. pH sabit tutulur.

Tampona asit eklerken, pH aşağıdaki formülle belirlenir:

pH = pK + ℓg

Tampona az miktarda alkali eklendiğinde, CH3COOH ile reaksiyona girer. Asetik asit molekülleri, H 2 O ve CH 3 COO ‾ oluşturmak için hidroksit iyonlarıyla reaksiyona girer:

CH 3 COOH + OH ‾ ↔CH 3 COO ‾ + H20(2)

Sonuç olarak, alkali eşdeğer miktarda zayıf bazik tuz CH3COONa ile değiştirilir. CH3COOH miktarı azalır ve W. Ostwald tarafından seyreltme yasasına göre, CH3COOH'nin geri kalan ayrışmamış moleküllerinin potansiyel asitliği nedeniyle ayrışma derecesi artar. Sonuç olarak, H + iyonlarının konsantrasyonu pratik olarak değişmez. pH sabit kalır.

Alkali eklendiğinde, pH aşağıdaki formülle belirlenir:

pH = pK + ℓg

Tampon seyreltildiğinde pH da değişmez çünkü ayrışma sabiti ve bileşenlerin oranı değişmeden kalır.

Bu nedenle, tamponun pH'ı şunlara bağlıdır: ayrışma sabiti ve bileşenlerin konsantrasyon oranı. Bu değerler ne kadar büyük olursa, tamponun pH'ı o kadar yüksek olur. Tamponun pH'ı, bileşenlerin bire eşit oranında en büyük olacaktır.

Tamponu nicel olarak karakterize etmek için konsept tanıtıldı tampon kapasitesi.

tampon tankı

Bu, tampon sisteminin ortamın pH'ındaki değişikliklere karşı koyma yeteneğidir.Tampon etkisinin durduğu yukarıda ve altında pH değerleri aralığına denir. Tampon Bölge. pH = pK ± 1'e eşittir Tampon kapasitesi (B), pH'ı birer birer kaydırmak için bir litre tampona eklenmesi gereken güçlü bir asit veya alkalinin mol eşdeğerlerinin sayısı olarak ifade edilir.

B =

B - tampon kapasitesi,

n E - güçlü bir asit veya alkalinin mol eşdeğeri miktarı,

pH H - başlangıç ​​pH değeri (asit veya alkali eklemeden önce)

pH K - nihai pH değeri (asit veya alkali eklendikten sonra)

ΔрН, pH'daki değişimdir.

tampon kapasitesi aşağıdaki formülle hesaplanır:

V, asit veya alkali hacmidir,

N, asit veya alkalinin eşdeğer konsantrasyonudur,

V puf. - tampon çözelti hacmi,

Δ pH, pH'daki değişimdir.

Tampon kapasitesi, elektrolitlerin konsantrasyonuna ve tampon bileşenlerinin oranına bağlıdır. Daha yüksek bileşen konsantrasyonuna ve bire eşit bileşen oranına sahip çözeltiler en yüksek tampon kapasitesine sahiptir.Protein, hemoglobin, fosfat ve bikarbonat tamponları insan vücudunda etki eder.

Analitik kimyada kullanılan karmaşık bileşik türleri. Onların özellikleri. Tek dişli ve çok dişli ligandlarla kompleks oluşumu: kompleks bileşiklerin yapısı, kompleks bileşiklerin çözeltilerinde denge, kompleks iyonların kararlılık sabitleri.

Analitik kimyada bileşik küme. Katyonların kalitatif analizi

1. grup katyonlar

Birinci analitik katyon grubu potasyum K+, sodyum Na+, amonyum NH4+ ve magnezyum Mg2+ iyonlarını içerir. Diğer grupların katyonlarından farklı olarak, daha fazla potasyum, sodyum, amonyum tuzu suda kolayca çözünür. Mg2+ iyonu, bu grubun diğer katyonlarından biraz farklıdır. Su, fosfat ve karbonat tuzlarında zor çözünür bir oksit hidrat formudur. Karbonik tuzların suda çözünmezliği 2. grup katyonların en önemli analitik özelliği olduğundan, bazen Mg2+ olarak da anılır.

Potasyum katyonlarının reaksiyonları

Sodyum kobaltinitrit Na3 ile reaksiyon.

Nötr veya asetik çözeltideki sodyum kobaltinitrit, potasyum iyonları ile sarı kristaller verir. potasyum-sodyum kobaltinitrit çökeltisi:

2KCl + Na3 = K2Na + 2NaCl

veya iyonik formda:

2K+ +Na+ + 3- = K2Na

Amonyum katyonlarının reaksiyonları

Nessler reaktifi ile reaksiyon

(potasyum cıva iyodür K2'nin alkali çözeltisi).

Bu reaktif, amonyum tuzları ile bileşim I'in kırmızımsı kahverengi bir çökeltisini verir (onun yapısal formül HO - Hg -NH - I):

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

veya iyonik formda:

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

Çok küçük miktarlarda amonyum tuzlarında bir çökelti yerine sarı bir çözelti elde edildi. Reaksiyon çok hassastır.

2. grup katyonlar

2. analitik katyon grubu Ba2+, Ca2+, Sr2+ iyonlarını içerir.

Bunlara alkali toprak metalleri denir. Faaliyetlerinde alkali metallerden biraz daha düşüktürler. Alkali toprak metalleri büyük miktarda tuz oluşturur; bunlardan halojen, nitrat, asetik ve asidik karbonik çözünür. Grup reaktifi, suda çözünmeyen Ba2+ ve Ca2+ iyonları, BaCO3 ve CaCO3 orta tuzlarından oluşan amonyum karbonat (NH4)2CO3'tür.

Kalsiyum katyonlarının reaksiyonları

Potasyum ferrosiyanür K4 ile reaksiyon.

Kalsiyum tuzları ile bu reaktif amonyum tuzlarının varlığında görüntü. beyaz kristal kalsiyum ve amonyum ferrosiyanür Ca(NH4)2 çökeltisi:

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

veya iyonik formda:

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

3. grup katyonlar

Al3+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+ iyonları 3. analitik katyon grubuyla ilişkilidir.

Bu katyon grubunun kükürt bileşikleri suda çözünmez, ancak seyreltik minerallerde çözünür. Sonuç olarak, hidrojen sülfür asit çözeltilerinden 3. grubun katyonlarını çökeltmez. Şair.3. grubun katyonlarının hidrojen sülfür yerine kükürt bileşikleri şeklinde tamamen çökeltilmesi için yakl. iyi ayrışmış tuzları. Grup reaktifi - amonyum sülfür (NH4)S. Bu elementlerin klorür, sülfat ve nitrat tuzları suda çözünür. Hidrolizden kaynaklanan çözeltileri hafif asidik reaksiyona sahiptir.

Ferrik katyonların reaksiyonları

K4, asidik bir ortamda Fe3 + tuzları ile Prusya mavisi adı verilen mavi bir çökelti verir:

4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

veya iyonik formda:

4Fe3+ + 3 = Fe43

Demirli katyonların reaksiyonları

Potasyum hekzasiyanoferrat (III) K3 ile reaksiyon.

Kırmızı kan tuzu olarak adlandırılan K3, asidik bir ortamda Fe2 + tuzları ile koyu mavi bir ferrik demir oksit çökeltisi verir (Turnbull mavisi) Fe32:

3FeSO4 + K3 = Fe32 + K2SO4

veya iyonik formda:

3Fe2+ + 3- = Fe32

çinko katyonlarının reaksiyonları

Potasyum hekzasiyanoferrat (II) K43 ile reaksiyon.

K4, çinko iyonları ile beyaz bir potasyum ferrisiyanür ve çinko çökeltisi oluşturur:

3ZnCl2 + 2K4 = Zn3K22 + 6KCl

veya iyonik formda:

3Zn2+ + 2K+ 2 = Zn3K22

4. grup katyonlar

Bunlara Hg2+, Cu2+, Bi3+, Ag+, Pb2+ katyonları dahildir.

Bu metallerin kükürt bileşikleri seyreltik asitlerde çözelti değildir. Grup reaktif-hidrojen sülfür. 4. grubun birçok katyonu, amonyak, siyanür bileşikleri ile kararlı kompleksler oluşturma eğilimindedir. ve başarıyla kullanılan içinizdeki diğerleri. analitik olarak kimya

Bakır katyonlarının reaksiyonları

Potasyum hekzasiyanoferrat (II) K43 ile reaksiyon.

K4 vurgusu iki değerli bakır tuzlarının çözeltisinden, demirli bakır Cu2'nin kırmızı-kahverengi bir çökeltisi:

2CuSO4 + K4 = Cu2 + 2K2SO4

veya iyonik formda:

2Cu2+ + 4- = Cu2

Çökelti seyreltik asitlerde çözünmez, ancak NH4OH içinde çözülerek bakır amonyak oluşturur:

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

veya iyonik formda:

Cu2 + 8NH3 = 22+ + 4-

5. grup katyonlar

5. analitik gruba, nispi arsenik, antimon, kalay katyonları.

Grup reaktifi - polisülfür amonyum. Amonyum polisülfit, kükürtün amonyum sülfür içinde çözülmesiyle hazırlanır. Oksitleyici bir ajandır Any.complex.comp. merkezi atomdan ve onun etrafında koordine edilen, ligandlar olarak adlandırılan parçacıklardan. Merkez atom ve ligand arasındaki kimyasal bağ, verici-alıcı niteliktedir, ligand bir çift elektronun vericisi ve merkez atomun alıcısı olur. Ligand, merkezi atomla kimyasal bir bağ oluşturabilen birkaç verici atoma sahip olabilir. Bu temelde, tek dişli ve çok dişli olarak ayrılırlar. Tek dişli ligand işgal edildi. merkezi atomda bir koordinasyon bölgesi; çok dişli - birkaç: iki, üç, vb. Maks. tek dişli ligandların sayısı, m. atomun merkezi çevresinde yer alan, kompleks oluşturucunun atomunun koordinasyon numarası olarak adlandırılır. Merkez atom ve çevresinde bulunan ligandlar. iç koordinasyon küresi, bazen ilk koordinasyon küresi olarak adlandırılır. İç koordinasyon alanı pozitif, negatif olabilir. veya sıfır elektrik şarjı. İç koordinasyon küresinin bir yükü varsa, karmaşık bir katyon veya anyon ile uğraşıyoruz ve kompleksin elektronötralliği için bileşik, dış veya ikinci koordinasyon küresinde bulunan anyon veya katyonları içermelidir. Dahili arasındaki iletişim ve dış koordinasyon küreleri tamamen iyoniktir. şair.in su çözümleri kompleksin dış koordinasyon küresinde bulunan iyonlar tamamen ayrışır Ligandlar anyonlar veya polar moleküllerdir. İnorganik ligandlara göre. su ve amonyak moleküllerinin yanı sıra hidroksit, halojenür, siyanür iyonları vb. En yaygın ligandlardan biri amonyaktır. Org.ligandlı kompleksler yoğun renklidir, su içinde ner-kenarları ve organikte kolayca p-jantları vardır. ortamlar. Tipik olarak ligandlar, organik reaktiflerin fonksiyonel gruplarının bir parçası olan oksijen, nitrojen, kükürt, fosfor ve arsenik gibi donör atomları içerir.

Çok dişli ligandlı komplekslerde şelat halkaları oluşabilir. Bu tür komplekslere şelatlar denir. Ligandın asidik gruplarından bir veya daha fazla protonun bir metal iyonu tarafından yer değiştirmesinin bir sonucu olarak döngünün kapanmasının meydana geldiği şelatlara kompleks içi bileşikler denir.

Benzer bilgiler.

GİRİİŞ

TAMPON ÇÖZÜMLERİ (tampon karışımları, tamponlar) - tampon sistemleri içeren ve sonuç olarak pH'ı sabit bir seviyede tutma yeteneğine sahip çözeltiler. Genellikle suda çözülerek, uygun oranlarda alınarak, zayıf bir asit ve tuzu oluşturularak hazırlanırlar. alkali metal, zayıf bir asidin güçlü bir alkali veya zayıf bir bazın güçlü bir asit ile kısmi nötralizasyonu, bir polibazik asit tuzları karışımının çözünmesi. Bu şekilde hazırlanan tampon çözeltilerin pH değeri sıcaklıkla biraz değişir. Tampon çözeltisinin stabil tampon özelliklerine sahip olduğu pH değerleri aralığı, pK ± 1 (pK, bileşimine dahil edilen zayıf asidin ayrışma sabitinin negatif ondalık logaritmasıdır). En iyi bilinen tampon çözeltileri şunlardır: Serensen's glisin, Walpole's asetat, Serensen's fosfat, Palic's borate, Michaelis' veronal, Kolthoff's carbonate, Tris buffer, evrensel Michaelis's veronal, vb.

Laboratuar uygulamasında, ortamın aktif reaksiyonunu belirli bir sabit seviyede tutmak ve pH'ı (pH) belirlemek için tampon çözeltiler kullanılır - sabit pH değerlerine sahip standart çözeltiler vb.

TAMPON KARIŞIMLAR

Herhangi bir asit veya alkali çözeltisine su eklenirse, elbette hidrojen veya hidroksil iyonlarının konsantrasyonu buna göre azalır. Ancak, bir asetik asit ve sodyum asetat karışımına veya bir amonyum hidroksit ve amonyum klorür karışımına belirli bir miktarda su eklerseniz, bu çözeltilerdeki hidrojen ve hidroksil iyonlarının konsantrasyonu değişmez.

Bazı çözeltilerin seyreltildiğinde ve ayrıca az miktarda güçlü asitler veya alkaliler eklenirken sabit bir hidrojen iyonu konsantrasyonu sağlama özelliği, tamponlama eylemi olarak bilinir.

Aynı anda bir miktar zayıf asit ve tuzunu veya bir miktar zayıf baz ve tuzunu içeren ve tamponlama etkisi olan çözeltilere tampon çözeltiler denir. Tampon çözeltiler, aynı adı taşıyan iyonlara sahip elektrolit karışımları olarak düşünülebilir. Çözeltide zayıf asit veya zayıf bazın ve bunların tuzlarının varlığı, seyreltmenin etkisini veya diğer asit ve bazların çözeltinin pH'ı üzerindeki etkisini azaltır.

Bu tür tampon çözeltileri, aşağıdaki CH karışımlarıdır. 3 COOH + CH3COON a, NH40H + NH4Cl, Na2C03 + NaHC03, vb.

Zayıf asitler ve bunların tuzlarının karışımı olan tampon çözeltiler genellikle asidik reaksiyona (pH) sahiptir.<7). Например, буферная смесь 0,1М раствора СН 3 COOP + 0.1M CH solüsyonu 3 CO ONa'nın pH = 4.7'si vardır.

Zayıf bazların ve bunların tuzlarının karışımları olan tampon çözeltiler, kural olarak, bir alkali reaksiyona sahiptir (pH> 7). Örneğin, 0.1M çözeltiden oluşan bir tampon karışımı NH4OH + 0.1M NH4C1 çözeltisi pH = 9.3'e sahiptir.

Asit-baz tampon çözeltileri

Geniş anlamda, tampon sistemler, bileşim değiştiğinde bir parametrenin belirli bir değerini koruyan sistemler olarak adlandırılır. Tampon çözümler olabilir

asit-baz - az miktarda asit veya baz ekleyerek sabit bir pH değerini koruyun.

Redoks, oksitleyici veya indirgeyici ajanlar eklendiğinde sistemin potansiyelini sabit tutar.

sabit bir pH'ı koruyan bilinen metal tampon çözeltileri.

Her durumda, tampon çözelti konjuge bir çifttir. Özellikle asit-baz tampon çözeltileri, konjuge bir asit-baz çifti içerir. Bu çözeltilerin tamponlama etkisi, asit-baz dengesinin varlığından kaynaklanmaktadır. genel tip:

AÇIK ↔ H + + A -

asit konjugatı

Temel

B + H + ↔ HH +

Ö eşlenik çarpıtma

Asit

Beri bu bölüm sadece asit-baz tampon çözeltileri dikkate alınır, adlarında “asit-baz” atlanarak bunlara tampon çözeltiler diyeceğiz.

Tampon çözeltiler, seyreltildiğinde ve az miktarda asit veya baz eklendiğinde sabit bir pH'ı koruyan çözeltilerdir.

Tampon sistemlerinin sınıflandırılması

1. Zayıf asitler ve bunların tuzlarının çözeltilerinin karışımları. Örneğin, asetat tampon çözeltisi.

2. Zayıf bazların ve bunların tuzlarının çözeltilerinin karışımları. Örneğin, amonyum tampon çözeltisi.

3. çeşitli ikame derecelerine sahip polibazik asit tuzlarının çözeltilerinin karışımları. Örneğin, fosfat tampon çözeltisi.

4. amfolitlerin iyonları ve molekülleri. Bunlara örneğin amino asitler ve protein tampon sistemleri dahildir. İzoelektrik durumda olan amino asitler ve proteinler tampon değildir. Tamponlama etkisi, yalnızca bunlara belirli bir miktarda asit veya alkali eklendiğinde ortaya çıkar. Bu durumda, iki protein formunun bir karışımı oluşur: a) zayıf bir "protein asidi" + bu zayıf asidin bir tuzu; b) zayıf "protein bazı" + bu zayıf bazın tuzu. Bu nedenle, bu tip tampon sistemleri, birinci veya ikinci tip tampon sistemlerine atfedilebilir.

Tampon Çözeltilerin pH Hesabı

Tampon sistemlerinin pH'ının hesaplanması, asit-baz dengesi için kütle etkisi yasasına dayanmaktadır. Asetat gibi zayıf bir asit ve tuzundan oluşan bir tampon sistemi için iyon konsantrasyonu H+ asetik asitin denge sabitinden hesaplanması kolaydır:

CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +

(1).

(1)'den hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun eşittir

(2)

CH3 varlığında COONa asit-baz dengesi asetik asit sola kaydırılır. Bu nedenle, ayrışmamış asetik asit konsantrasyonu, pratik olarak asit konsantrasyonuna eşittir, yani. [CH 3COOH] = asitli.

Asetat iyonlarının ana kaynağı güçlü elektrolit CH 3 COONa :

CH 3 COONa → Na + + CH 3 COO -,

Bu nedenle, varsayılabilir ki [ CH 3 COO -] = tuzdan . Yapılan varsayımlar dikkate alındığında, denklem (2) şu şekli alır:

Buradan, zayıf asit ve tuzundan oluşan tampon sistemleri için Henderson-Hasselbach denklemi elde edilir:

(3)

Amonyak gibi zayıf bir baz ve onun tuzundan oluşan bir tampon sistemi için, çözeltideki hidrojen iyonlarının konsantrasyonu, zayıf bazın ayrışma sabitinden hesaplanabilir.

NH3 × H20 \u003d NH40H ↔ NH4 + + OH -

(4)

İyon konsantrasyonunu ifade ediyoruz ah- suyun iyonik ürününden

(5)

ve (4) ile değiştirin.

(6)

(6)'dan hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun eşittir

(7)

NH 4 Cl varlığında asit-baz dengesi sola kayar. Bu nedenle, ayrışmamış amonyak konsantrasyonu, pratik olarak amonyak konsantrasyonuna eşittir, yani. [ NH40H] = bazik.

Amonyum katyonlarının ana kaynağı güçlü elektrolit NH4CI:

NH 4 Cl → NH 4 + + Cl -,

Bu nedenle, varsayılabilir ki [ NH 4 +] = tuzdan . Yapılan varsayımlar dikkate alındığında denklem (7) şu şekli alır:

(8)

Buradan, zayıf bir baz ve onun tuzundan oluşan tampon sistemler için Henderson-Hasselbach denklemi elde edilir:

(9)

Benzer şekilde, çeşitli ikame derecelerine sahip polibazik asitlerin tuzlarının çözeltilerinin bir karışımından oluşan bir tampon sisteminin pH'ını hesaplayabilirsiniz, örneğin, bir hidrofosfat çözeltileri karışımından oluşan fosfat ( Na2HPO4 ) ve dihidrofosfat ( NaH2P04 ) sodyum. Etkisi asit-baz dengesine dayanmaktadır:

H 2 PO 4 - ↔ H + + HPO 4 2-

Zayıf asit eşlenik bazı

(10)

(10)'dan hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun ifade edilmesi ve aşağıdaki varsayımların yapılması:

[H2P04-] = c (H2P04-); [ HPO 4 2- ] = c (HPO 4 2- ), şunu elde ederiz:

(11).

Bu ifadenin logaritmasını alarak ve işaretleri tersine çevirerek, fosfat tampon sisteminin pH'ını hesaplamak için Henderson-Hasselbach denklemini elde ederiz.

(12),

nerede pK b (H 2 PO 4 - ) ayrışma sabitinin negatif ondalık logaritması

ikinci aşamada fosforik asit; İle birlikte ( H 2 PO 4 - ) ve (HPO 4 2- ile) ), sırasıyla asit ve tuz konsantrasyonu.

Tampon çözeltilerin özellikleri

Tampon çözeltilerinin pH değeri, Henderson-Hasselbach denkleminden aşağıdaki gibi seyreltildiğinde değişmeden kalır. Tampon çözeltisi suyla seyreltildiğinde, karışımın her iki bileşeninin konsantrasyonları aynı sayıda azalır. Bu nedenle pH değeri değişmemelidir. Bununla birlikte, deneyimler, önemsiz de olsa pH'ta bir miktar değişikliğin meydana geldiğini göstermektedir. Bu, Henderson-Hasselbach denkleminin yaklaşık olduğu ve interiyonik etkileşimleri hesaba katmadığı gerçeğiyle açıklanır. Doğru hesaplamalar, konjuge asit ve bazların aktivite katsayılarındaki değişimi hesaba katmalıdır.

Tampon çözeltiler, az miktarda asit veya baz eklendiğinde pH'ı çok az değiştirir. Tampon çözeltilerin, onlara küçük miktarlarda güçlü asit veya güçlü baz eklendiğinde sabit bir pH'ı koruma yeteneği, bileşen tampon çözeltisi H ile etkileşime girebilir+ asit eklendi ve diğeri OH ile- baz eklendi. Sonuç olarak, tampon sistemi her ikisini de bağlayabilir. H + ve OH - ve pH değerinin sabitliğini korumak için belirli bir sınıra kadar. Bunu, konjuge bir asit-baz çifti olan bir format tampon sistemi örneğini kullanarak gösterelim. HCOOH/HCOO- . Bir format tampon çözeltisindeki denge, denklem ile temsil edilebilir:

HCOOH ↔ HCOO-+H+

Güçlü bir asit eklendiğinde, eşlenik baz HCOO- eklenen iyonları bağlar H+ , zayıf bir formik aside dönüşüyor:

HCOO - + H + ↔ HCOOH

Le Chatelier ilkesine göre denge sola kayar.

Bir alkali eklendiğinde, formik asit protonları eklenen OH iyonlarını bağlar.- su moleküllerine:

HCOOH + OH - → HCOO - + H 2 O

Le Chatelier'e göre asit-baz dengesi sağa kayar.

Her iki durumda da oranda küçük değişiklikler vardır. HCOOH/HCOO- , ancak bu oranın logaritması çok az değişir. Sonuç olarak, çözeltinin pH'ı da biraz değişir.

Tampon eyleminin özü

Tampon çözeltilerinin etkisi, tampon karışımlarının tek tek bileşenlerinin, zayıf elektrolitler oluşturmak üzere onlara verilen asitlerin ve bazların hidrojen veya hidroksil iyonlarını bağlaması gerçeğine dayanır. Örneğin, zayıf asit HA içeren bir tampon çözelti n ve bu asidin tuzu kt bir , alkali ekleyin, ardından zayıf bir elektrolit-su oluşumunun reaksiyonu gerçekleşir:

H + + OH → H 2 O

Bu nedenle, bir asit içeren bir tampon çözeltiye bir alkali eklenirse, asit HA'nın elektrolitik ayrışması sırasında oluşan hidrojen iyonları n , eklenen alkalinin hidroksil iyonlarına bağlanarak zayıf bir elektrolit-su oluşturur. Asit HA'nın daha sonraki ayrışması nedeniyle harcanan hidrojen iyonları yerine n , yeni hidrojen iyonları belirir. Sonuç olarak, önceki H konsantrasyonu+ - tampon çözeltideki iyonlar orijinal değerlerine geri yüklenecektir.

Belirtilen tampon karışımına güçlü bir asit eklenirse, aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:

H + + A n - → AÇIK n

şunlar. ve n - - K tuzunun elektrolitik ayrışması sırasında oluşan iyonlar t bir eklenen asidin hidrojen iyonlarıyla birleşerek zayıf bir asit molekülleri oluşturur. Bu nedenle, eklenen güçlü asitten tampon karışımına hidrojen iyonlarının konsantrasyonu pratik olarak değişmeyecektir. Diğer tampon karışımlarının etkisi de benzer şekilde açıklanabilir.

tampon çözeltilerde pH değeri

Oranları değiştirerek tampon alabilirsiniz

pH'da olası minimum değerlerden yumuşak bir değişiklikte farklılık gösteren çözeltiler. Zayıf bir asidin sulu çözeltisinde

[ H + ] = √K HAN * C HAN

nerede

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

Ama K HAN'dan beri temsil etmek sabit değer, o zaman onu formda temsil etmek en iyisidir pK HAN şunlar. elektrolitik ayrışma sabitinin göstergesi: pK Han = − log K HAn .

Sonra bunu zayıf bir asidin sulu çözeltisinde elde ederiz:

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

Tuzunun sulu bir çözeltisine zayıf bir asit eklendiğinde, çözeltinin pH'ı değişecektir.

Denkleme göre, zayıf bir asit ve tuzunun bir karışımını içeren bir çözeltide [Н+ ] = KHAN

sonra

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

Benzer şekilde, zayıf bazlar için formülü türetiyoruz:

[OH] = √KKtOH * CKtOH

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

Hidrojen iyonlarının konsantrasyonu da aşağıdaki formülle ifade edilir [H+ ] = , yani

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

Denkleme göre, zayıf bir baz ve tuzunun bir karışımını içeren bir çözeltide

[H+]=

t . e.

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

[H değerini ifade eden basit formüllerin logaritmasını alarak çok kolay bir şekilde türetildiği için formülden türetilen pH değerlerini ezberlemeye gerek yoktur.+ ].

tampon kapasitesi

Tampon çözeltilerinin sabit bir pH değerini koruma yeteneği sınırsız değildir ve tampon çözeltisinin kalitatif bileşimine ve bileşenlerinin konsantrasyonuna bağlıdır. Tampon çözeltisine önemli miktarlarda güçlü asit veya alkali eklendiğinde, pH'da gözle görülür bir değişiklik gözlenir. ayrıca bileşimde birbirinden farklı, bileşimde birbirinden farklı farklı tampon karışımları için tampon etkisi aynı değildir. Bu nedenle, tampon karışımları, tampon çözeltisine aynı miktarlarda ve belirli bir konsantrasyonda verilen asitlerin ve alkalilerin etkisine karşı dirençlerinin gücü ile ayırt edilebilir. Belirli bir konsantrasyondaki (mol / l veya g-eq / l cinsinden) pH değerinin sadece bir birim değişmesi için bir tampon çözeltisine eklenebilen sınırlayıcı asit veya alkali miktarına tampon kapasitesi denir.

[H + değeri [H] değerinden daha az güçlü bir asit eklendiğinde bir tampon çözeltisinin ] değeri değişir.+ ] aynı miktarda asit eklenirken başka bir tampon çözeltisi, ilk karışımın daha büyük bir tampon kapasitesi vardır. Aynı tampon çözelti için, tampon kapasitesi ne kadar büyük olursa, bileşenlerinin konsantrasyonu o kadar yüksek olur.

Kuvvetli asit ve baz çözeltilerinin tampon özellikleri.

Yeterince yüksek konsantrasyonlarda güçlü asitler ve bazların çözeltileri de bir tamponlama etkisine sahiptir. Bu durumda eşlenik sistemler H 3 O + /H2 Güçlü asitler ve OH için O- /N 2 Güçlü üsler hakkında. Kuvvetli asitler ve bazlar sulu çözeltilerde tamamen ayrışır ve bu nedenle yüksek konsantrasyonda hidronyum iyonları ile karakterize edilir.veya hidroksil iyonları. Çözeltilerine az miktarda kuvvetli asit veya kuvvetli baz ilavesi bu nedenle solüsyonun pH'ı üzerinde sadece ihmal edilebilir bir etkiye sahiptir.

Tampon çözeltilerin hazırlanması

1. İlgili fiksanaların hacimsel bir şişede seyreltilmesi.

2. Henderson-Hasselbach denklemine göre hesaplanan uygun konjuge asit-baz çiftlerinin miktarlarının karıştırılması.

3. Zayıf bir asidin güçlü bir alkaliyle veya zayıf bir bazın güçlü bir asitle kısmi nötralizasyonu.

Bir bileşenin konsantrasyonu diğerinin konsantrasyonundan 10 kat veya daha fazla farklılık gösterdiğinde tamponlama özellikleri çok zayıf olduğundan, tampon çözeltileri genellikle her iki bileşenin eşit konsantrasyonlarındaki çözeltilerin karıştırılmasıyla veya uygun miktarda bir reaktifin eklenmesiyle hazırlanır. konjuge formun eşit bir konsantrasyonunun oluşumuna yol açan bir bileşenin bir çözeltisi. Referans literatür, çeşitli pH değerleri için tampon çözeltileri hazırlamak için ayrıntılı tarifler içerir.

Kimyasal analizde tampon çözeltilerin uygulanması

Tampon çözümler yaygın olarak kullanılmaktadır. kimyasal analiz deneyim koşullarına göre, olduğu durumlarda Kimyasal reaksiyonÇözelti seyreltildiğinde veya buna başka reaktifler eklendiğinde değişmeyen tam pH değerini gözlemleyerek ilerlemelidir. Örneğin, bir oksidasyon-indirgeme reaksiyonu gerçekleştirirken, sülfürlerin, hidroksitlerin, karbonatların, kromatların, fosfatların vb.

Analiz amacıyla kullanımlarına ilişkin bazı durumlar şunlardır:

Asetat tampon çözeltisi (CH3COOH + CH 3 COO Na ; pH \u003d 5) asidik veya alkali çözeltilerde çökelmeyen çökeltilerin çökeltilmesi için kullanılır. Asitlerin zararlı etkisi, güçlü bir asitle reaksiyona giren sodyum asetat tarafından bastırılır. Örneğin:

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

veya iyonik formda

H + + CH3COO → CH3COOH.

Amonyak-amonyum tampon çözeltisi ( NH4OH + NH4 C1; pH = 9) baryum, stronsiyum, kalsiyum karbonatların çökeltilmesinde ve bunların magnezyum iyonlarından ayrılmasında kullanılır; nikel, kobalt, çinko, manganez ve demir sülfürlerin çökelmesi sırasında; alüminyum, krom, berilyum, titanyum, zirkonyum, demir vb. hidroksitlerin izolasyonunda olduğu gibi.

Format tampon çözeltisi (HCOOH + HCOO N a; pH=2) şeklinde çökelen çinko iyonlarının ayrılmasında kullanılır. ZnS kobalt, nikel, manganez, demir, alüminyum ve krom iyonlarının varlığında.

Fosfat tampon çözeltisi ( Na 2 HPO 4 + N AH 2 RO; pH = 8) birçok redoks reaksiyonunun gerçekleştirilmesinde kullanılır.

Tampon karışımlarını analiz için başarılı bir şekilde kullanmak için, her tampon karışımının analiz için uygun olmadığı unutulmamalıdır. Tampon karışımı amacına göre seçilir. Tampon karışımlarının etkisi, bileşenlerinin konsantrasyon oranına bağlı olduğundan, belirli bir kalitatif bileşimi karşılaması gerekir ve bileşenleri çözeltide belirli miktarlarda bulunmalıdır.

Yukarıdakiler bir tablo şeklinde sunulabilir.

Testte kullanılan tampon çözeltiler

Metal ile farklı hidrojen ikamesi olan asit tuzlarının karışımları da bir tamponlama etkisine sahiptir. Örneğin, dihidrojen fosfat ve sodyum hidrojen fosfattan oluşan bir tampon karışımında, birinci tuz zayıf asit rolünü ve ikinci tuz rolünü oynar.

Zayıf asit ve tuzunun konsantrasyonunu değiştirerek tampon çözeltiler elde etmek mümkündür. verilen değerler pH.

Karmaşık tampon sistemleri ayrıca hayvan ve bitki organizmalarında da çalışır ve kan, lenf ve diğer sıvıların pH'ını sabit tutar. Toprak ayrıca, örneğin toprağa asitler veya bazlar verildiğinde, toprak çözeltisinin pH'ını değiştiren dış etkenlere karşı koyma eğiliminde olan tamponlama özelliklerine de sahiptir.

ÇÖZÜM

Bu nedenle, tampon çözümlere destekleyen çözümler denir.Seyreltildiğinde sabit pH değeri ve az miktarda asit veya baz eklendiğinde. Tampon çözeltilerin önemli bir özelliği, çözelti seyreltildiğinde sabit bir pH değerini koruma yetenekleridir. Asit ve baz çözeltilerine tampon çözeltiler denilemez, çünkü su ile seyreltildiğinde, çözeltinin pH'ı değişir. En etkili tampon çözeltiler, zayıf asit ve tuzunun veya zayıf bir baz ve tuzunun çözeltilerinden hazırlanır.

Tampon çözeltiler, aynı adı taşıyan iyonlara sahip elektrolit karışımları olarak düşünülebilir. Tampon çözümleri birçok teknolojik süreçte önemli bir rol oynamaktadır. Örneğin koruyucu kaplamaların elektrokimyasal uygulamasında, boya, deri, fotoğraf malzemelerinin üretiminde kullanılırlar. Tampon çözeltiler, kimyasal analizlerde ve pH metrelerin kalibrasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Birçok biyolojik sıvı tampon çözeltilerdir. Örneğin, insan vücudundaki kanın pH'ı 7,35 ile 7,45 arasında tutulur; 1.6 ila 1.8 arasında mide suyu; 6.35'ten 6.85'e tükürük. Bu tür çözeltilerin bileşenleri karbonatlar, fosfatlar ve proteinlerdir. Bakteriyolojik çalışmalarda, bakterilerin yetiştirilmesi de tampon çözeltilerin kullanılmasını gerektirir.

REFERANSLAR

1. Kreshkov A.P. Analitik kimyanın temelleri. 1 kitap. - M: Kimya, 1965. -498 s.

2. Tsitovich I.K. Analitik Kimya Dersi: Liseler İçin Ders Kitabı. - St. Petersburg: "Lan", 2007 - 496 s.

3. Kreshkov A.P., Yaroslavtsev A.A. Analitik kimya dersi. 1 kitap. Nitel analiz - 2. baskı revize edildi. - M.: Kimya, 1964 - 432 s.

4. Kimya: Lise öğrencileri ve üniversite adayları için bir başvuru kitabı / Ed. Lidia R.A., Alikberova L.Yu. - E.: AST-BASIN OKULU, 2007 -512'ler.

5. Osipov Yu.S., Büyük Rus Ansiklopedisi: 30 ciltte T.4.- M.: Büyük Rus Ansiklopedisi 2006. - 751 s.

6. Mikhailenko Ya.I., Kimyasal analize giriş, Goshimtekhizdat, 1933.

Henderson-Hasselbach denklemi - arabellek sisteminin yeteneklerini karakterize eden matematiksel bir ifade. Denklem, bir tampon çözeltisinin asit-baz dengesinin, asit-baz tampon sisteminin bileşenlerinin özelliklerine ve çözeltideki bu bileşenlerin nicel oranına nasıl bağlı olduğunu gösterir. Bir çözeltideki asit-baz dengesinin bir göstergesi pH, pH'dır. Bir tampon sisteminin bir bileşeni olarak bir asidin özelliği (iyonlara ayrışma yeteneği), denge sabitinin değeri, asidin ayrışma sabiti Ka ile karakterize edilir. pK= – lgK D

Tampon sisteminin nicel yapısı (bileşimi), bir tuz/asit oranı olarak tahmin edilebilir. Yukarıdakiler göz önüne alındığında, Henderson-Hasselbach denklemi şöyle görünür:

pH = pK + log

pH ve pOH değeri aşağıdakilerden etkilenir: Ayrışma sabiti ve bileşenlerin konsantrasyonlarının oranı.

18. Tampon tankı. Tampon Bölge.

Aralık pH=pKa±1 aranan Tampon Bölge .

Tampon kapasitesi (V) pH'ı bir kaydırmak için bir litre tampona eklenmesi gereken güçlü bir asit veya bazın mol eşdeğerlerinin sayısı olarak ifade edilir.

B - tampon kapasitesi,

nE, güçlü bir asit veya alkalinin mol eşdeğeridir,

ΔрН, pH'daki değişimdir.

Pratikte tampon kapasitesi şu formülle hesaplanır:

V, asit veya alkali hacmidir,

N, asit veya alkalinin eşdeğer konsantrasyonudur,

V tamponu - tampon çözeltisinin hacmi,

Δ pH, pH'daki değişimdir.

Tampon kapasitesi şunlara bağlıdır: elektrolit konsantrasyonları ve tampon oranları.

19. Tampon kapasitesinin nicel olarak belirlenmesi.

1 litre tampon çözeltiye pH değerinin bir değişmesi için eklenmesi gereken asit veya alkali miktarına denir. tampon kapasitesi

Daha yüksek başlangıç ​​konsantrasyonu tampon karışımı, tampon kapasitesi ne kadar yüksekse

20. Kanın tampon sistemleri: bikarbonat, fosfat, hemoglobin ve protein

hemoglobin tamponu Tampon kapasitesinin %35'ini oluşturur.

Kanın toplam tampon kapasitesinin yaklaşık %75'ini oluşturan eritrositlerin ana tampon sistemi. Kanın hemoglobin tampon sistemi, solunumda, oksijenin dokulara taşınmasında ve sabit kan pH'ının korunmasında önemli bir rol oynar.

İki zayıf asit - hemoglobin ve oksihemoglobin ve bunların eşlenik bazları - sırasıyla hemoglobinat ve oksihemoglobinat iyonları ile temsil edilir:

HHb ↔ H + + Hb -

HHbO 2 ↔ H + HbO 2 -

Fosfat tamponu

Hem kanda hem de böbrekler başta olmak üzere diğer dokuların hücre sıvısında bulunur. Hücrelerde tuzlarla temsil edilir.

K 2 NRO 4 ve KN2 RO4 ve kan plazmasında ve hücreler arası sıvıda

Na2HPO4 ve NaH2P04.

Esas olarak plazmada çalışır ve şunları içerir: dihidrofosfat iyonu ve hidrojen fosfat iyonu

H2 RO4 - ve NRO 4 2-

Bu sistem biyolojik ortamlarda çok önemli bir rol oynar - hücrede, sindirim bezlerinin sularında, idrarda.

bikarbonat tamponu . Tampon kapasitesinin %53'ünü oluşturur.

Sunulan:

H2CO3 ve NaHC03

Bikarbonat tamponu, kan plazmasındaki ana tampon sistemidir; CO 2 asitleri ile etkileşiminin ürünü akciğerler yoluyla hızla atıldığı için hızlı bir yanıt sistemidir.

Protein tamponu Tampon kapasitesinin %5'idir.

Güçlü bir bazdan oluşan bir protein-asit ve tuzundan oluşur.

Pt - COOH - protein-asit

Pt - COONa - protein tuzu

1. Vücutta güçlü asitler oluştuğunda, proteinin tuzu ile etkileşime girerler.

HC1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl.

2. Alkali ürünlerdeki artışla Pt-COOH ile etkileşime girerler:

NaOH + Pt-COOH ↔ Pt-COONa + H 2 O

Protein amfoterik bir elektrolittir ve bu nedenle kendi tamponlama etkisini sergiler.

Bölüm 6. PROTOLİTİK TAMPON SİSTEMLERİ

Bölüm 6. PROTOLİTİK TAMPON SİSTEMLERİ

Bir madde sisteminin kimyasal denge durumunu etkileyebilecek herhangi bir faktörde meydana gelen bir değişiklik, içinde yapılan değişikliği engelleme eğiliminde olan bir reaksiyona neden olur.

A. Le Chatelier

6.1. TAMPON SİSTEMLERİ. TAMPON SİSTEMLERİ TEORİSİNİN TANIMI VE GENEL HÜKÜMLERİ. TAMPON SİSTEMLERİN SINIFLANDIRILMASI

Protolitik homeostazı destekleyen sistemler sadece fizyolojik mekanizmaları (pulmoner ve renal kompanzasyon) değil, aynı zamanda fizikokimyasal tamponlama eylemini, iyon değişimini ve difüzyonu da içerir. Asit-baz dengesinin belirli bir seviyede tutulması, moleküler düzeyde tampon sistemlerin hareketi ile sağlanır.

Protolitik tampon sistemleri, hem asitler ve alkaliler eklenirken hem de seyreltildiğinde sabit bir pH değerini koruyan çözeltilerdir.

Bazı çözeltilerin sabit bir hidrojen iyonu konsantrasyonunu koruma yeteneğine denir. tampon eylemi, protolitik homeostazın ana mekanizması budur. Tampon çözeltiler, zayıf bir baz veya zayıf asit ile bunların tuzlarının karışımlarıdır. Tampon çözeltilerde, ana "etkili" bileşenler, Brönsted teorisine göre proton verici ve alıcı veya Lewis teorisine göre bir asit-baz çiftini temsil eden elektron çifti verici ve alıcıdır.

Tampon sisteminin zayıf elektrolitinin asitler veya bazlar sınıfına ait olmasına ve yüklü partikülün tipine göre asidik, bazik ve amfolitik olmak üzere üç tipe ayrılırlar. Bir veya daha fazla tampon sistem içeren bir çözeltiye tampon çözelti denir. Tampon çözeltiler iki şekilde hazırlanabilir:

Zayıf bir elektrolitin güçlü bir elektrolit ile kısmi nötralizasyonu:

Zayıf elektrolit çözeltilerinin tuzları (veya iki tuzu) ile karıştırılması: CH3COOH ve CH3COONa; NH3 ve NH4CI; NaH2P04

ve Na2HP04.

Çözümlerde yeni bir kalitenin ortaya çıkmasının nedeni - tampon etkisi - birkaç protolitik dengenin birleşimidir:

Konjuge asit-baz çiftleri B/BH+ ve A - /HA tampon sistemleri olarak adlandırılır.

Le Chatelier ilkesine göre, zayıf bir asit HB + H 2 O ↔ H 3 O + + B - anyonları içeren güçlü bir asit veya tuz çözeltisine B - eklendiğinde, dengeyi sola kaydıran bir iyonizasyon işlemi meydana gelir ( genel iyon etkisi) B - + H 2 O ↔ HB + OH - ve alkali eklenmesi (OH -) - sağa, çünkü nötralizasyon reaksiyonu nedeniyle hidronyum iyonlarının konsantrasyonu azalacaktır.

İki izole denge birleştirildiğinde (asit iyonizasyonu ve anyon hidrolizi), aynı dış faktörlerin (hidronyum iyonları ve hidroksit iyonlarının eklenmesi) etkisi altında içlerinde meydana gelecek süreçlerin çok yönlü olduğu ortaya çıkıyor. Ek olarak, birleşik reaksiyonların her birinin ürünlerinden birinin konsantrasyonu, diğer reaksiyonun denge konumunu etkiler.

Protolitik tampon sistemi, iyonizasyon ve hidroliz işlemlerinin birleşik dengesidir.

Tampon sistem denklemi, tampon çözeltisinin pH'ının tampon sisteminin bileşimine bağımlılığını ifade eder:

Denklemin bir analizi, tampon çözeltisinin pH değerinin, tampon sistemini oluşturan maddelerin doğasına, bileşenlerin konsantrasyonunun oranına ve sıcaklığa (pKa değeri buna bağlı olduğundan) bağlı olduğunu gösterir.

Protolitik teoriye göre asitler, bazlar ve amfolitler protolitlerdir.

6.2. TAMPON SİSTEM ÇEŞİTLERİ

Asit Tampon Sistemleri

Asit tampon sistemleri, zayıf asit HB (proton donörü) ve tuzu B - (proton alıcısı) karışımıdır. Asidik olma eğilimindedirler (pH<7).

Bikarbonat tampon sistemi (tampon etki bölgesi pH 5.4-7.4) - zayıf karbonik asit H2C03 (proton donörü) ve tuzu HCO3 - (proton alıcısı) karışımı.

Hidrofosfat tampon sistemi (tampon bölge pH 6.2-8.2) - zayıf asit H2P04 - (proton donörü) ve tuzu HPO 4 2- (proton alıcısı) karışımı.

Hemoglobin tampon sistemi, iki zayıf asit (proton donörleri) - hemoglobin HHb ve oksihemoglobin HHbO 2 ve bunların konjuge zayıf bazları (proton alıcıları) - sırasıyla hemoglobinat - Hb - ve oksihemoglobinat anyonları HbO 2 - ile temsil edilir.

Ana tip tampon sistemleri

Ana tampon sistemleri, zayıf bir baz (proton alıcısı) ve tuzunun (proton vericisi) bir karışımıdır. Alkali olma eğilimindedirler (pH > 7).

Amonyak tampon sistemi: zayıf bir baz NH3H20 (proton alıcısı) ve tuzunun bir karışımı - güçlü bir elektrolit NH4 + (proton donörü). pH 8.2-10.2'de tampon eylem bölgesi.

Amfolitik tip tampon sistemleri

Amfolit tampon sistemleri, iki tuzun bir karışımından veya zayıf bir asit ile zayıf bir bazın bir tuzundan oluşur, örneğin, CH3COO - zayıf temel özellikler - bir proton alıcısı ve NH 4 + - bir sergileyen CH3COONH 4 zayıf asit - bir proton donörü. Amfolitik tipte biyolojik olarak önemli bir tampon sistemi, protein tampon sistemi - (NH3+)m-Prot-(CH3COO-)n'dir.

Tampon sistemleri, aynı adı taşıyan iyonlara (ortak bir iyonun etkisi) sahip zayıf ve güçlü elektrolitlerin bir karışımı olarak düşünülebilir.Örneğin, bir asetat tampon çözeltisinde - asetat iyonları ve bir hidrokarbonat - karbonat iyonlarında.

6.3. TAMPON ÇÖZELTİLERİN ETKİ MEKANİZMASI VE BU ÇÖZELTİLERDE PH BELİRLENMESİ. HENDERSON-HASSELBACH DENKLEMİ

Asit-baz dengesine dayanan CH 3 COO - /CH3 COOH asetat tampon sistemi örneğini kullanarak asit tipi tampon çözeltilerinin etki mekanizmasını düşünelim CH 3 COOH ↔ H + + CH 3 COO - (K Ve \u003d 1.75 10 - 5). Asetat iyonlarının ana kaynağı, güçlü elektrolit CH3 COONa'dır. Güçlü bir asit eklendiğinde, eşlenik baz CH3COO - eklenen hidrojen katyonlarını bağlayarak zayıf bir aside dönüşür: CH3COO - + + H + ↔ CH3COOH (asit-baz dengesi sola kayar). CH3 COO konsantrasyonundaki bir azalma - zayıf bir asit konsantrasyonundaki bir artışla dengelenir ve hidroliz sürecini gösterir. Ostwald seyreltme yasasına göre, asit konsantrasyonundaki bir artış elektrolitik ayrışma derecesini biraz düşürür ve asit pratik olarak iyonlaşmaz. Bu nedenle sistemde: C to artar, C c ve a azalır, - const, C to / C c artar, burada C to asit konsantrasyonu, C c tuz konsantrasyonu, a elektrolitik ayrışma derecesidir.

Alkali eklendiğinde, asetik asidin hidrojen katyonları salınır ve eklenen OH - iyonları tarafından nötralize edilir, su moleküllerine bağlanır: CH3COOH + OH - → CH3COO - + H 2 O

(asit-baz dengesi sağa kayar). Bu nedenle, C artar, C ila ve α azalır, - const, C ila /C azalır.

Temel ve amfolitik tipteki tampon sistemlerinin etki mekanizması benzerdir. Çözeltinin tampon etkisi, eklenen H + ve OH - iyonlarının tampon bileşenleri tarafından bağlanması ve düşük ayrışmalı maddelerin oluşumu nedeniyle asit-baz dengesindeki bir kaymadan kaynaklanmaktadır.

Asit eklendiğinde protein tampon çözeltisinin etki mekanizması: (NH 3 +) m -Prot- (COO -) n + nH+ ↔ (NH 3 +) m -Prot-(COOH) n, alkali ilavesiyle - (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + mah- ↔ (NH 2) m - Prot-(COO -) n + mH 2 O.

Yüksek H + ve OH - konsantrasyonlarında (0,1 mol / l'den fazla), tampon karışımının bileşenlerinin oranı önemli ölçüde değişir - C ila / C artar veya azalır ve pH değişebilir. Bu onaylandı Henderson-Hasselbach Denklemi, bu [H + ], K I, α ve C'nin /C s'ye bağımlılığını belirler. denklem

Asetik asit ve onun tuzu CH3COONa'nın bir karışımı olan asit tipi bir tampon sistemi örneğinden türetiyoruz. Tampon çözeltisindeki hidrojen iyonlarının konsantrasyonu, asetik asidin iyonlaşma sabiti ile belirlenir:

Denklem, hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun doğrudan KI, α, asit konsantrasyonuna C'ye bağlı olduğunu ve ters olarak Cc'ye ve C ila /Cc oranına bağlı olduğunu gösterir. Denklemin her iki tarafının logaritmasını ve eksi işaretli logaritmayı alarak denklemi logaritmik biçimde elde ederiz:

Bazik ve amfolitik tipteki tampon sistemleri için Henderson-Hasselbach denklemi, asit tipindeki tampon sistemleri için denklemin türetilmesi örneği kullanılarak türetilir.

Amonyak gibi bir bazik tampon sistemi için, çözeltideki hidrojen katyonlarının konsantrasyonu, konjuge asidin asit-baz denge sabitinden hesaplanabilir.

NH 4 + :

Ana tip tampon sistemleri için Henderson-Hasselbach denklemi:

Bu denklem şu şekilde temsil edilebilir:

Fosfat tampon sistemi için HPO 4 2- /H2PO 4 - pH aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:

burada pK2, ikinci aşamada fosforik asidin ayrışma sabitidir.

6.4. TAMPON KAPASİTESİ VE BELİRLEYEN FAKTÖRLER

Çözeltilerin sabit bir pH değerini koruma yeteneği sınırsız değildir. Tampon karışımları, tampon çözeltisine dahil edilen asit ve bazların etkisine karşı dirençlerinin gücü ile ayırt edilebilir.

1 litre tampon çözeltisine pH değerinin bir değişmesi için eklenmesi gereken asit veya alkali miktarına tampon kapasitesi denir.

Bu nedenle, tampon kapasitesi, bir çözeltinin tamponlama etkisinin nicel bir ölçüsüdür. Bir tampon çözeltisi, bileşenlerinin bir oranında bir karışım oluşturan bir asit veya bazın pH = pK değerinde maksimum tamponlama kapasitesine sahiptir. Tampon karışımının başlangıç ​​konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, tampon kapasitesi o kadar yüksek olur. Tampon kapasitesi, tampon çözeltisinin bileşimine, bileşenlerin konsantrasyonuna ve oranına bağlıdır.

Doğru tampon sistemini seçebilmeniz gerekir. Seçim, gerekli pH aralığına göre belirlenir. Tampon etki bölgesi, asit (baz) ± 1 birim kuvvet indeksi ile belirlenir.

Bir tampon karışımı seçerken, çözeltinin maddeleri olduğu için bileşenlerinin kimyasal yapısını dikkate almak gerekir.

tampon sistemi oluşur, çözünmeyen bileşikler oluşturabilir, tampon sisteminin bileşenleri ile etkileşime girebilir.

6.5. KAN TAMPON SİSTEMLERİ

Kan 4 ana tampon sistemi içerir.

1. Hidrokarbonat. Kapasitenin %50'sini oluşturuyor. Esas olarak plazmada çalışır ve CO 2 taşınmasında merkezi bir rol oynar.

2. Protein. Kapasitenin %7'sini oluşturuyor.

3. Hemoglobin, kapasitenin %35'ini oluşturur. Hemoglobin ve oksihemoglobin ile temsil edilir.

4.Hidrofosfat tampon sistemi - %5 kapasite. Bikarbonat ve hemoglobin tampon sistemleri

CO2'nin taşınmasında ve pH'ın oluşturulmasında merkezi ve son derece önemli bir rol. Kan plazmasında pH 7.4. CO2, kana salınan hücresel metabolizmanın bir ürünüdür. Zardan eritrositlere difüze olur ve burada su ile reaksiyona girerek H2C03 oluşturur. Oran 7'ye ayarlanır ve pH 7.25 olur. Asitlik yükselir ve reaksiyonlar gerçekleşir:

Ortaya çıkan HCO 3 - zardan geçer ve kan akımı tarafından taşınır. Kan plazmasında aynı zamanda pH 7.4. Venöz kan tekrar akciğerlere girdiğinde, hemoglobin oksijenle reaksiyona girerek daha güçlü bir asit olan oksihemoglobini oluşturur: HHb + + O 2 ↔ HHbO 2. pH düşer, daha güçlü bir asit oluştuğunda reaksiyon gerçekleşir: HHbO 2 + HCO 3 - ↔ HbO 2 - + H 2 CO3. Daha sonra CO2 atmosfere salınır. Bu, CO 2 ve O 2 taşınmasının mekanizmalarından biridir.

C02'nin hidrasyonu ve dehidrasyonu, eritrositlerde bulunan karbonik anhidraz enzimi tarafından katalize edilir.

Bazlar ayrıca kanın tampon çözeltisi tarafından da bağlanır ve esas olarak mono- ve disübstitüe fosfatlar şeklinde idrarla atılır.

Kliniklerde kanın rezerv alkalinitesi her zaman belirlenir.

6.6. DERSLERE VE SINAVLARA HAZIRLIKLI KONTROL ETMEK İÇİN SORULAR VE ALIŞTIRMALAR

1. Çözümler hangi protolitik dengeleri birleştirirken tampon özelliklere sahip olacak?

2. Tampon sistemleri ve tampon eylemi kavramını verin. Tampon etkisinin kimyası nedir?

3. Ana tampon çözelti türleri. Tamponlama etkisinin mekanizması ve tampon sistemlerinde pH'ı belirleyen Henderson-Hasselbach denklemi.

4. Vücudun ana tampon sistemleri ve ilişkileri. Tampon sistemlerinin pH'ını ne belirler?

5. Tampon sistemin tampon kapasitesi nedir? Kan tampon sistemlerinden hangisi en yüksek kapasiteye sahiptir?

6. Tampon çözeltileri elde etme yöntemleri.

7. Biyomedikal araştırmalar için tampon çözeltilerin seçimi.

8. Kandaki hidrojen iyonlarının konsantrasyonu 1.2.10 -7 mol/l ise bir hastada asidoz veya alkaloz olup olmadığını belirleyin?

6.7. TESTLER

1. Önerilen sistemlerden hangisi bir tampondur?

a) HCI ve NaCl;

b) H2S04 ve NaHS04;

c)H 2C03 ve NaHC03;

d) HNO3 ve NaN03;

e) HCl04 ve NaCl04.

2. Önerilen tampon sistemlerinden hangisi için pH = pK hesaplama formülü karşılık gelir?

a) 0.1 M solüsyon NaH2P04 ve 0.1 M solüsyon Na2HP04;

b) 0.2 M solüsyon H2C03 ve 0.3 M solüsyon NaHC03;

c) 0.4 M solüsyon NH40H ve 0.3 M solüsyon NH4Cl;

d) 0.5 M solüsyon CH3COOH ve 0.8 M solüsyon CH3 COONa;

e) 0.4 M çözelti NaHCO 3 ve 0.2 M çözelti H2C03.

3. Önerilen tampon sistemlerden hangisi bikarbonat tampon sistemidir?

a) NH40H ve NH4Cl;

b) H2C03 ve KNSO3;

c) NaH2P04 ve Na2HP04;

d) CH3COOH ve CH3COOK;

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

4. Bir tampon sisteminin pH'ı hangi koşullar altında pK'ya eşittir?

a) asit ve tuzunun konsantrasyonu eşit olduğunda;

b) asit ve tuzunun konsantrasyonu eşit olmadığında;

c) asit ve tuzunun hacim oranı 0,5 olduğunda;

d) aynı konsantrasyonlardaki asit ve tuzunun hacimlerinin oranı eşit olmadığında;

e) asit konsantrasyonu tuz konsantrasyonundan 2 kat daha fazla olduğunda.

5. CH3COOH ve CH sistemi için önerilen formüllerden hangisi [H+] hesaplamak için uygundur? 3 PİŞİRMEK?

6. Aşağıdaki karışımlardan hangisi vücudun tampon sisteminin bir parçasıdır?

a) HCI ve NaCl;

b) H2S ve NaHS;

c) NH40H ve NH4Cl;

d) H2C03 ve NaHC03;

e) Ba(OH)2 ve BaOHCl.

7. Bir protein tamponu ne tür asit-baz tampon sistemlerine aittir?

a) zayıf bir asit ve anyonu;

c) 2 asit tuzunun anyonları;

e) amfolitlerin iyonları ve molekülleri.

8. Amonyak tamponu ne tür asit-baz tampon sistemlerine aittir?

a) zayıf bir asit ve anyonu;

b) asit ve orta tuz anyonları;

c) 2 asit tuzunun anyonları;

d) zayıf baz ve katyonu;

e) amfolitlerin iyonları ve molekülleri.

9. Fosfat tamponu ne tür asit-baz tampon sistemlerine aittir?

a) zayıf bir asit ve anyonu;

b) asit ve orta tuz anyonları;

c) 2 asit tuzunun anyonları;

d) zayıf baz ve katyonu;

e) amfolitlerin iyonları ve molekülleri.

10. Bir protein tampon sistemi ne zaman tampon değildir?

a) izoelektrik noktada;

b) alkali eklendiğinde;

c) asit eklerken;

d) tarafsız bir ortamda.

11. Önerilen formüllerden hangisi [OH -] sistemini hesaplamak için uygundur: NH 4 OH ve NH 4 Cl?

Genel kimya: ders kitabı / A. V. Zholnin; ed. V. A. Popkova, A. V. Zholnina. - 2012. - 400 s.: hasta.