Các dung dịch đệm hoặc đệm là những người có thể làm giảm sự thay đổi pH do ion H 3 O + và OH - . Khi thiếu những điều này, một số hệ thống (chẳng hạn như hệ thống sinh lý) sẽ bị tổn hại, vì các thành phần của chúng rất nhạy cảm với sự thay đổi đột ngột của pH.
Giống như bộ giảm xóc trong ô tô làm giảm tác động do chuyển động của chúng, bộ đệm cũng làm như vậy nhưng với tính axit hoặc tính bazơ của dung dịch. Hơn nữa, chất đệm thiết lập một phạm vi pH cụ thể mà chúng hoạt động hiệu quả.
Nếu không, các ion H 3 O + sẽ axit hóa dung dịch (pH giảm xuống các giá trị dưới 6), dẫn đến hiệu suất phản ứng có thể bị thay đổi. Ví dụ tương tự có thể được áp dụng cho các giá trị pH cơ bản, nghĩa là lớn hơn 7.
nét đặc trưng
Thành phần
Về cơ bản, chúng bao gồm một axit (HA) hoặc một bazơ yếu (B), và muối của bazơ hoặc axit liên hợp của chúng. Do đó, có hai loại: đệm axit và đệm kiềm.
Bộ đệm axit tương ứng với cặp HA / A - , trong đó A - là bazơ liên hợp của axit yếu HA và tương tác với các ion - chẳng hạn như Na + - để tạo thành muối natri. Theo cách này, cặp này vẫn là HA / NaA, mặc dù chúng cũng có thể là muối kali hoặc canxi.
Có nguồn gốc từ axit yếu HA, nó đệm các khoảng pH có tính axit (nhỏ hơn 7) theo phương trình sau:
HA + OH - => A - + H 2 O
Tuy nhiên, là một axit yếu, bazơ liên hợp của nó bị thủy phân một phần để tái tạo một phần HA đã tiêu thụ:
A - + H 2 O <=> HA + OH -
Mặt khác, đệm kiềm bao gồm cặp B / HB + , trong đó HB + là axit liên hợp của bazơ yếu. Nói chung, HB + tạo muối với các ion clorua, để lại cặp là B / HBCl. Các bộ đệm này đệm các khoảng pH cơ bản (lớn hơn 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
Và một lần nữa, HB + có thể bị thủy phân một phần để tái tạo một số B đã tiêu thụ:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Chúng trung hòa cả axit và bazơ
Trong khi đệm axit đệm pH axit và đệm kiềm pH cơ bản, cả hai đều có thể phản ứng với các ion H 3 O + và OH - thông qua một loạt các phương trình hóa học sau:
A - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Như vậy, trong trường hợp của HA / A - cặp , HA phản ứng với OH - ion , trong khi A - - bazơ liên hợp của nó - phản ứng với H 3 O + . Đối với cặp B / HB + , B phản ứng với ion H 3 O + , trong khi HB + - axit liên hợp của nó - với OH - .
Điều này cho phép cả hai chất đệm để trung hòa cả các loại axit và bazơ. Kết quả của điều trên so với, ví dụ, sự cộng số mol OH - không đổi , là sự giảm biến thiên của pH (ΔpH):
Hình ảnh trên cho thấy dung dịch đệm pH chống lại bazơ mạnh (OH - donor ).
Ban đầu pH có tính axit do sự hiện diện của HA. Khi bazơ mạnh được thêm vào, các mol đầu tiên của A được hình thành - và chất đệm bắt đầu có tác dụng.
Tuy nhiên, có một khu vực của đường cong mà độ dốc ít hơn; nghĩa là, nơi giảm chấn hiệu quả hơn (hộp hơi xanh).
Hiệu quả
Có một số cách để hiểu khái niệm về hiệu quả giảm chấn. Một trong những phương pháp này là xác định đạo hàm thứ hai của đường cong pH so với thể tích bazơ, giải V cho giá trị nhỏ nhất, đó là Veq / 2.
Veq là khối lượng tại điểm tương đương; Đây là thể tích bazơ cần thiết để trung hòa hết axit.
Một cách khác để hiểu nó là thông qua phương trình Henderson-Hasselbalch nổi tiếng:
pH = pK a + log (/)
Ở đây B là bazơ, A là axit và pK a là logarit nhỏ nhất của hằng số axit. Phương trình này áp dụng cho cả loại axit HA và axit liên hợp HB + .
Nếu nó rất lớn so với, log () nhận một giá trị rất âm, giá trị này bị trừ cho pK a . Mặt khác, nếu nó rất nhỏ so với, giá trị của log () nhận một giá trị rất dương, giá trị này được thêm vào pK a . Tuy nhiên, khi =, log () bằng 0 và pH = pK a .
Tất cả những điều trên có nghĩa là gì? R rằng ΔpH sẽ lớn hơn ở các cực trị được xét cho phương trình, trong khi nó sẽ nhỏ nhất với pH bằng pK a ; và vì pK a là đặc trưng của mỗi axit, giá trị này xác định phạm vi pK a ± 1.
Các giá trị pH trong phạm vi này là giá trị mà bộ đệm hoạt động hiệu quả nhất.
Sự chuẩn bị
Để chuẩn bị dung dịch đệm, cần lưu ý các bước sau:
- Biết độ pH cần thiết và do đó, độ pH bạn muốn giữ càng cố định càng tốt trong quá trình phản ứng hoặc quá trình.
- Biết pH, người ta tìm trong số tất cả các axit yếu, axit nào có pK a gần giá trị này hơn.
- Khi đã chọn được loại HA và tính được nồng độ của chất đệm (tùy thuộc vào lượng bazơ hoặc axit cần được trung hòa), lượng muối natri cần thiết của nó được cân.
Ví dụ
Axit axetic có pK a là 4,75, CH 3 COOH; do đó, hỗn hợp của một lượng xác định của axit này và natri axetat, CH 3 COONa, tạo thành một chất đệm có hiệu quả đệm trong khoảng pH (3,75-5,75).
Các ví dụ khác về axit đơn chức là axit benzoic (C 6 H 5 COOH) và axit fomic (HCOOH). Với mỗi giá trị này của pK a là 4,18 và 3,68; do đó, các khoảng pH của nó với độ đệm cao nhất là (3,18-5,18) và (2,68-4,68).
Hơn nữa, các axit polyprotic như axit photphoric (H 3 PO 4 ) và cacbon (H 2 CO 3 ) có nhiều giá trị pK để proton có thể được giải phóng. Như vậy, H 3 PO 4 có ba pK a (2,12, 7,21 và 12,67) và H 2 CO 3 có hai (6,352 và 10,329).
Nếu bạn muốn duy trì pH bằng 3 trong dung dịch, bạn có thể chọn giữa các dung dịch đệm HCOONa / HCOOH (pK a = 3,68) và NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2,12).
Dung dịch đệm thứ nhất, của axit formic, gần với pH 3 hơn so với dung dịch đệm axit photphoric; do đó, HCOONa / HCOOH đệm ở pH 3 tốt hơn NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .
Người giới thiệu
- Day, R., & Underwood, A. Hóa học phân tích định lượng (xuất bản lần thứ 5). PEARSON Prentice Hall, trang 188-194.
- Avsar Aras. (Ngày 20 tháng 4 năm 2013). Những cú sốc nhỏ. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Dung dịch đệm. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2018, từ: en.wikipedia.org
- PGS. Giáo sư Lubomir Makedonski, Tiến sĩ. . Các dung dịch đệm. Đại học Y khoa Varna.
- Tập thể Chem. Hướng dẫn đệm. Được lấy vào ngày 9 tháng 5 năm 2018, từ: chemcollective.org
- hỏiIITians. (2018). Giải pháp đệm. Được lấy vào ngày 9 tháng 5 năm 2018, từ: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Ví dụ về Bộ đệm, Bộ đệm hoặc Giải pháp đệm. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2018, từ: quimicas.net