Analitik kimyada tampon çözeltiler sıklıkla kullanılır. Tampon Az miktarda asit ve baz eklendiğinde veya seyreltildiğinde pH'ı neredeyse değişmeden kalan çözeltilerdir. Tampon çözeltiler dört tipte olabilir.

1. Zayıf asit Ve onun tuzu.Örneğin asetat tampon çözeltisi CH3COOH + CH3COONa.

2. Zayıf temel Ve onun tuzu.Örneğin, bir amonyak tampon çözeltisi NH4OH + NH4C1.

3. İki asit tuzunun çözeltisi.Örneğin fosfat tampon çözeltisi NaH2P04 + Na2HP04. Bu durumda NaH2P04 tuzu zayıf bir asit rolünü oynar.

4. Amino asit Ve protein tampon çözeltileri. Tampon çözeltilerin pH'ı ve pH'ı, asit veya bazın ayrışma sabitine ve bileşenlerin konsantrasyonlarının oranına bağlıdır. Bu bağımlılık denklemlerle ifade edilir

pH = p K k–lg C (asit) (2.6)

pOH = pKa 0-lg C(taban),(2.7)

Nerede rK k Ve pKa 0- karşılık gelen asit ve bazın ayrışma sabitinin göstergeleri; C(asit) - asit konsantrasyonu; C(baz) - baz konsantrasyonu; C(tuz) - tuz konsantrasyonu.

Aynı konsantrasyonda asit (baz) ve tuz içeren bir tampon çözelti hazırlarken, böyle bir çözeltinin pH'ı veya pOH'si sayısal olarak eşittir rK k veya pKa 0, C(asit)/C(tuz) = 1 veya C(baz)/C(tuz) = 1 olduğundan. Asit (baz) ve tuzun konsantrasyonları arasındaki oranı değiştirerek, farklı konsantrasyonlara sahip bir dizi çözelti elde edebilirsiniz. hidrojen iyonlarının, yani . farklı pH değerlerine sahip.

Bir asetat tampon çözeltisi örneğini kullanarak, tampon çözeltilerin sabit bir pH değerini koruma özelliğinin neye dayandığını ele alacağız. Bir asetat tampon çözeltisi için pH, denklem (2.6) kullanılarak hesaplanabilir:

pH = pKsn 3 coon – log C (CH3COOH) . (2.8)

Bir asetat tampon çözeltisi suyla seyreltildiğinde, denklem (2.8)'den görülebileceği gibi, asit ve tuz konsantrasyonları aynı oranda azaldığından C(CH3COOH) / C(CH3COONa) oranı değişmez. sayısı artar ve pKSN3 COON sabit boyutta kalır. Sonuç olarak, tampon çözeltinin pH'ı seyreltildiğinde hemen hemen değişmeden kalır.

Şimdi her iki bileşenin aynı konsantrasyonuyla (0,1 M'ye eşit) 1 litre asetat tampon çözeltisi hazırlandığını varsayalım. Asetik asit için rK= 4,76. Bu nedenle, denklem (2.8)'e göre, böyle bir tampon çözeltinin pH'ı aşağıdaki değere eşittir:

pH = 4,76 – log0,1/0,1 = 4,76.

Bu çözeltiye 10 milimol hidroklorik asit ekleyin. Tepki sonucunda

CH3COONa + HC1 → CH3COOH + NaCl

zayıf asidin konsantrasyonu artar ve tuzun konsantrasyonu azalır. Asetik asit konsantrasyonu 0,1 M + 0,01 M = 0,11 M'ye ve CH3COONa tuzunun konsantrasyonu: 0,1 M – 0,01 M = 0,09 M'ye eşit olacaktır. Daha sonra asetat tampon çözeltisinin pH'ı 0,08 azalır:

pH = 4,76 – log(0,11/0,09) =4,76 - 0,079 = 4,68.

Güçlü bir asit yerine aynı miktarda baz eklendiğinde, ikincisi asetik asitle reaksiyona girer:

CH3COOH + NaOH ↔ CH3COONa + H20.

Asit konsantrasyonu azalır (0,1M - 0,01M = 0,09M), ancak tuz konsantrasyonu artar (0,1M + 0,01M = 0,11M). Daha sonra

pH = 4,76 – log (0,09/0,11) = 4,76 – 0,09 = 4,67.

Bir asit veya baz eklendiğinde tampon çözeltinin bileşenlerinin konsantrasyonları biraz değişir ve denge kurulduktan sonra pH da biraz değişir.

1 litre suya 10 milimol HCl veya NaOH ilavesi, 0,01 M'ye eşit bir [H + ] ve [OH - ] konsantrasyonu oluşturur. İlk durumda, pH 2'ye, ikinci - 12'ye eşit olacaktır, yani. PH, saf suyun pH'ına kıyasla 5 birim değişecektir.

Tampon çözeltilerin pH'ı esasen sabit tutma yeteneği sınırlıdır. Herhangi bir tampon çözeltisi, yalnızca belirli bir miktarda asit veya alkali eklenene kadar pratik olarak sabit bir pH'ı korur. Bir tampon çözeltinin pH değişimlerine direnme yeteneği ölçülür tampon kapasitesi. Bu değer, pH değerini bir birim değiştirmek için 1 litre tampon çözeltisine eklenmesi gereken güçlü bir asit veya alkalinin sırasıyla H + veya OH - mol sayısı ile karakterize edilir.

Tampon çözeltiler kalite ve kalite açısından yaygın olarak kullanılmaktadır. niceliksel analiz reaksiyonlar sırasında ortamın belirli bir pH değerini oluşturmak ve korumak. Böylece Ba2+ iyonları, bir asetat tampon çözeltisi varlığında dikromat iyonları Cr2072- ile çökeltilerek Ca2+ ve Sr2+ iyonlarından ayrılır. Trilon B kullanılarak kompleksometri ile birçok metal katyonu belirlenirken, bir amonyak tampon çözeltisi (NH4OH + NH4Cl) kullanılır.

Tampon çözeltileri veya tampon sistemleri, biyolojik sıvıların ve dokuların sabit pH'ını sağlar. Vücuttaki ana tampon sistemleri hidrokarbonat, hemoglobin, fosfat ve proteindir. Vücuttaki tüm tampon sistemlerinin etkisi birbirine bağlıdır. Dışarıdan gelen veya metabolik süreç sırasında oluşan hidrojen iyonları, tampon sistemlerinin bileşenlerinden biri tarafından zayıf ayrışabilen bileşiklere bağlanır. Ancak bazı hastalıklar kanın pH değerinde değişikliklere neden olabilir. Kan pH değerinin normal pH değeri olan 7,4'ten asidik bölgeye kaymasına denir. asidoz, alkalin bölgeye - alkaloz. Asidoz, diyabetin şiddetli formlarında, uzun süreli fiziksel çalışma ve inflamatuar süreçlerde ortaya çıkar. Şiddetli böbrek veya karaciğer yetmezliği veya solunum yetmezliği durumlarında alkaloz ortaya çıkabilir.

SORULAR VE EGZERSİZLER

1. Tampon çözeltiler nelerdir?

2. Ana tampon çözelti türlerini adlandırın. Örnekler verin.

3. Neye bağlıdır? pH tampon çözümler?

4. Neden pH asetat tampon çözeltisine küçük miktarlar eklendiğinde önemli ölçüde değişmez nitrik asit veya potasyum hidroksit?

5. Değişecek mi? pH su ile 10 kez seyreltildiğinde fosfat tampon çözeltisi? Bir açıklama yapın.

6. Hesaplayın: a) pH 16 ml solüsyondan oluşan fosfat tampon solüsyonu Na2HPO4 0,1 mol/l konsantrasyon ve 40 ml çözelti ile NaH2PO4 pKH 2 PO - 4 ise 0,04 mol/l konsantrasyonla = 6,8; b) nasıl değişecek pH Bu çözeltiye 6 ml çözelti eklendiğinde NS1 konsantrasyonu 0,1 mol/l'dir.

Cevap: a) pH = 6,8; B) pH = 6,46; ∆рН = 0,34.

7. Tampon çözeltilerin analitik kimyada kullanımına örnekler verin.

8. Nedir: a) asidoz; b) alkaloz?

Sabit bir pH değerini korumak için bir tampon çözeltisi kullanılır. Zayıf asit HA ve konjuge baz A-'nın bir karışımından oluşur. Bir tampon çözeltide aşağıdaki dengeler bir arada bulunur:

HA + H 2 Ö ↔ H 3 Ö + + A -

A - + H20 ↔ HA + OH -

yeterince yüksek C(HA) ve C(A-) değerlerinde birbirlerini baskılamak; dolayısıyla [HA] = C(HA) ve [A - ] = C(A -) olduğunu varsayabiliriz. için ifadeyi kullanma K ve NA ve suyun ayrışmasından dolayı [H 3 O + ]'nun katkısını ihmal ederek şunu elde ederiz:

Aynı ifade ikinci denge sabiti kullanılarak da elde edilebilir.

ÖRNEK 16. 0,10 M asetik asit ve 0,10 M sodyum asetattan oluşan bir tampon çözeltisinin pH'ını hesaplayın.

Çözüm. Burada formül (2-14)'ün uygulanmasına izin veren tüm koşullar karşılanmıştır (asetik asit zayıf bir asittir, asit ve konjuge bazın konsantrasyonları oldukça yüksektir). Bu yüzden

ÖRNEK 17. 0,10 M amonyak ve 0,20 M amonyum klorürden oluşan bir tampon çözeltinin pH'ını hesaplayın.

Çözüm. Formül (2-14)'ü kullanarak şunu buluruz:

Tampon çözeltinin önemli bir özelliği tampon kapasitesidir. Bir tampon çözeltisine güçlü bir baz (asit) eklendiğinde, asit HA ve konjuge baz A - konsantrasyonu değiştiğinde pH'ı değişebilir. Bu nedenle tampon kapasitesi genellikle şu şekilde temsil edilir:

tampon çözeltisine güçlü bir baz eklenirse ve

Tampon çözeltisine güçlü bir asit eklenirse. Monobazik asit HA ve konjuge baz A - karışımı için malzeme dengesi denklemini yazalım:

[HA]'yı şöyle ifade edelim: K ve NA ve bunu malzeme dengesi denkleminde yerine koyalım. [A - ]'yi bulalım:

(2-17)

Denklemin (2-17) dpH'ye göre türevini alarak, dc main = değerini dikkate alarak şunu elde ederiz:

(2-18)

pH = pKa NA'da bunu görmek kolaydır; – C(HA) = C(A -), maksimum tampon kapasitesine ulaşılır. Bu gösterilebilir

(2-19)

Eğer [HA] = olduğunu hatırlarsak, (2-18) ve (2-19) formülleri birbirini takip eder. A(NA)C(NA) ve [A - ] = A(A -)C(A -) ve ayrıca aşağıdaki ifadeler için ifadeler: A(NA) ve A(A -).

Yüksek oranda seyreltilmiş tampon çözeltileri için suyun ayrışmasının katkısı dikkate alınmalıdır. Bu durumda denklem (2-19) daha karmaşık hale gelir:

Burada ilk iki terim suyun tamponlama etkisini, üçüncüsü ise asit ve konjuge bazın tamponlama etkisini tanımlar.

ÖRNEK 18. 0,010 M asetik asit ve 0,010 M sodyum asetattan oluşan 1,0 L tampon çözeltisine 1,0 ± 10 -3 mol eklenirse pH'ın nasıl değişeceğini hesaplayın hidroklorik asit.

Çözüm. Hidroklorik asit eklemeden önce tampon çözeltisinin pH'ını hesaplayın:

Tampon çözeltisinin toplam konsantrasyonu

Böyle yeterince konsantre bir tampon çözeltisi için tampon kapasitesi formül (2-18) kullanılarak hesaplanmalıdır:

Formül (2-19) kullanılarak yapılan hesaplama aynı sonucu verir:

pH değişimini hesaplayın

Böylece hidroklorik asit eklendikten sonra tampon çözeltinin pH'ı şu şekilde olacaktır:

pH = 4,75 - 0,087 = 4,66

Bu problem, tampon kapasitesinin hesaplanmasına gerek kalmadan, tampon karışımındaki bileşenlerin HC1 ilavesinden önceki ve sonraki miktarlarının bulunmasıyla çözülebilir. Orijinal çözümde

ÖRNEK 19. Toplam bileşen konsantrasyonuna sahip bir çözeltinin maksimum tampon kapasitesi için bir ifade türetin c.

Çözüm. Tampon kapasitesinin maksimum olduğu koşulları bulalım. Bunu yapmak için ifadeyi (2-18) pH'a göre farklılaştırırız ve türevi sıfıra eşitleriz.

Dolayısıyla [H + ] = Ka HA ve dolayısıyla C(HA) = C(A -).

(2-19) ve (2-21) formüllerini kullanarak şunu elde ederiz:

Asit veya baz karışımlarının pH'ının hesaplanması.Çözeltinin iki asit HA 1 ve HA 2 içermesine izin verin. Bir asit diğerinden çok daha güçlüyse, daha zayıf olan asidin varlığı neredeyse her zaman ihmal edilebilir, çünkü ayrışması bastırılır. Aksi takdirde her iki asidin de ayrışması dikkate alınmalıdır.

HA 1 ve HA 2 çok zayıf asitler değilse, suyun otoprotolizini ihmal ederek elektronötralite denklemi şu şekilde yazılabilir:

[H3O + ] = [A 1 - ] +

HA 1 ve HA 2'nin ayrışma sabitlerinin ifadelerinden A 1 - ve A 2 1'in denge konsantrasyonlarını bulalım:

Elde edilen ifadeleri elektronötralite denkleminde yerine koyalım

Dönüşümden sonra elde ederiz

Asit ayrışma derecesi% 5'i geçmezse, o zaman

Karışımı için N asitler

Benzer şekilde monobazik bazların bir karışımı için

(2-21)

Nerede Ka 1 Ve Ka 2 - konjuge asitlerin ayrışma sabitleri. Uygulamada, daha sık olarak, bir karışımda bulunan asitlerden (bazlardan) birinin (birinin) diğerlerinin ayrışmasını baskıladığı ve bu nedenle pH'ı hesaplamak için yalnızca bu asidin (bu bazın) ayrışmasının mümkün olduğu durumlar olabilir. dikkate alınır ve diğerlerinin ayrışması ihmal edilebilir. Ancak başka durumlar da ortaya çıkabilir.

ÖRNEK 20. Benzoik ve aminobenzoik asitlerin toplam konsantrasyonlarının sırasıyla 0,200 ve 0,020 M olduğu bir karışımın pH'ını hesaplayın.

Çözüm. Her ne kadar benzoin ayrışma sabitlerinin değerleri (Ka= 1,62·10 -6, şunu belirtir K 1) ve aminobenzoik (Ka = 1,10·10 -5, şunu belirtir K2) asitler neredeyse iki büyüklük düzeyinde farklılık gösterir; asit konsantrasyonlarındaki oldukça büyük fark nedeniyle, her iki asidin ayrışmasını da hesaba katmak gerekir. Bu nedenle, (2-20) formülünü kullanarak şunu buluruz:

Tip I tampon sistemi HA/A için, çözeltideki H+ iyonlarının konsantrasyonu, zayıf bir asidin ayrışma sabitine dayalı olarak kolayca hesaplanabilir (sunumun basitliği için, ifadedeki iyon aktiviteleri yerine, bunların özelliklerini kullanacağız). konsantrasyonlar):

NA ⇄ A - + H + ;

Nerede C(asit) Ve C(tuz)– asit ve tuzun molar konsantrasyonları.

Eşitlik (3) logaritmik olarak alınırsa (negatif alın ondalık logaritma Denklemin sol ve sağ tarafları), şunu elde ederiz:

burada "0" indeksi, gerekli tampon karışımının elde edildiği karıştırılarak asit ve tuzun başlangıç ​​çözeltilerinin özelliklerini belirtir.

Tip II tampon sistemi B/BH+ için, örneğin amonyum için, hidroksit ve hidrojen göstergeleri aşağıdaki denklemler kullanılarak hesaplanır:

baz ayrışma sabitinin indeksi nerede.

İÇİNDE genel görünüm Tampon sistemlerinin pH'ını hesaplamak için denklem aşağıdaki gibidir:

,

(7)

ve denklem denir Henderson-Hasselbach.

Henderson-Hasselbach denkleminden şu sonuç çıkar:

1. Tampon çözeltilerin pH değeri, asit veya bazın ayrışma sabitine ve bileşen miktarlarının oranına bağlıdır, ancak pratikte çözeltilerin seyreltilmesine veya konsantrasyonuna bağlı değildir. Aslında bu işlemlerde tampon çözeltinin bileşenlerinin konsantrasyonları orantılı olarak değişir, dolayısıyla tampon çözeltinin pH değerini belirleyen oranları değişmeden kalır.

Tampon çözeltilerin bileşenlerinin konsantrasyonları 0,1 mol/l'yi aşarsa hesaplamalarda sistem iyonlarının aktivite katsayıları dikkate alınmalıdır.

2. Zayıf bir elektrolitin ayrışma sabitinin göstergesi, çözeltinin tampon etkisinin alanını belirler, yani. sistemin tampon özelliklerinin korunduğu pH değerleri aralığı. Tamponlama etkisi bileşenin %90'ı tüketilinceye kadar devam ettiğinden (yani konsantrasyonu büyüklük sırasına göre azalmadıkça), tamponlama eyleminin alanı (bölgesi) 1 birim farklılık gösterir:

Amfolitler, her biri karşılık gelen sabite karşılık gelen birkaç tampon etki bölgesine sahip olabilir:

.

Dolayısıyla tamponlama etkisi sergilediği çözelti bileşenlerinin izin verilen maksimum oranı 10:1'dir.

Örnek 1. Asetik asit 4,74 ise pH = 6,5 olan asetat tamponu hazırlamak mümkün müdür?

Tampon bölge şu şekilde tanımlandığından , İçin asetat tamponu pH 3,74 ila 5,74 aralığındadır. pH değeri = 6,5, asetat tamponunun etki aralığının dışındadır, dolayısıyla böyle bir tampon, asetat tampon sistemine dayalı olarak hazırlanamaz.

Tampon kapasitesi.

Tampon çözeltilerinin sabit bir pH'ı koruma yeteneği sınırlı olduğundan, tampon çözeltinin pH'ını önemli ölçüde değiştirmeden yalnızca nispeten küçük miktarlarda bir asit veya alkali eklemek mümkündür.

Bir tampon çözeltinin, asitler ve alkaliler eklenirken ortamın reaksiyonunun yer değiştirmesine karşı koyma yeteneğini karakterize eden değere denir. tampon kapasitesi (B). Tampon kapasitesi asit () ve alkali () ile ayırt edilir.

Tampon kapasitesi (B), 1 litre tampon çözeltisine eklendiğinde pH'ı bir birim değiştiren asit veya alkali miktarı (mol veya mmol eşdeğeri) ile ölçülür.

Pratikte tampon kapasitesi titrasyonla belirlenir. Bunu yapmak için, tampon çözeltisinin belirli bir hacmi, eşdeğerlik noktasına ulaşılana kadar konsantrasyonu bilinen güçlü bir asit veya alkali ile titre edilir. Titrasyon, asit-baz göstergelerinin varlığında gerçekleştirilir. doğru seçimi yapmak Tampon sistem bileşeni tamamen tepki verdiğinde durumu kaydeden. Elde edilen sonuçlara göre tampon kapasitesinin değeri ( veya ) hesaplanır:

	(8)
	(9)

Nerede İLE( vay), İLE( yuvası) - asit ve alkali eşdeğerinin molar konsantrasyonları (mol/l);

V(k-sen), V(yarık) - eklenen asit veya alkali çözeltilerin hacimleri (1; ml);

V(tamponlar) - tampon çözeltisinin hacmi (1; ml);

pH 0 Ve pH - Bir asit veya alkali ile titrasyondan önce ve sonra tampon çözeltinin pH değerleri (pH'deki değişim mutlak değer olarak alınır).

Tampon kapasitesi [mol/l] veya [mmol/l] cinsinden ifade edilir.

Tampon kapasitesi bir dizi faktöre bağlıdır:

1. Baz/konjuge asit çiftinin bileşenlerinin mutlak içeriği ne kadar büyük olursa, tampon çözeltisinin tampon kapasitesi de o kadar yüksek olur.

Tampon kapasitesi, tampon çözeltisinin bileşenlerinin oranına ve dolayısıyla tamponun pH'ına bağlıdır. Tampon kapasitesi, tampon sisteminin bileşenlerinin eşit miktarları ile maksimumdur ve bu orandan sapma ile azalır.

3. Farklı bileşen içerikleri ile çözeltinin asit ve alkali için tampon kapasiteleri farklıdır. Dolayısıyla, tip I tampon çözeltisinde asit içeriği ne kadar yüksek olursa alkali tampon kapasitesi de o kadar büyük olur ve tuz içeriği ne kadar yüksek olursa asit tamponu kapasitesi de o kadar büyük olur. Tip II tampon çözeltisinde tuz içeriği arttıkça alkali tampon kapasitesi de artar, baz içeriği arttıkça asit tampon kapasitesi de artar.

Bölüm 6. PROTOLİTİK TAMPON SİSTEMLERİ

Bölüm 6. PROTOLİTİK TAMPON SİSTEMLERİ

Bir maddeler sisteminin kimyasal denge durumunu etkileyebilecek herhangi bir faktördeki değişiklik, bu sistemde yapılan değişikliğe karşı koymaya çalışan bir reaksiyona neden olur.

A. Le Chatelier

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

Protolitik homeostazı koruyan sistemler sadece fizyolojik mekanizmaları (pulmoner ve renal kompanzasyon) değil aynı zamanda fizikokimyasal tamponlama etkilerini de içerir. iyon değişimi, difüzyon. Asit-baz dengesinin belirli bir seviyede korunması, tampon sistemlerinin etkisiyle moleküler düzeyde sağlanır.

Protolitik tampon sistemleri, hem asit ve alkaliler eklenirken hem de seyreltme sırasında sabit bir pH değerini koruyan çözümlerdir.

Bazı çözeltilerin sabit bir hidrojen iyonu konsantrasyonunu koruma yeteneğine denir. tampon eylemi, protolitik homeostazın ana mekanizmasıdır. Tamponlar karışımlardır zayıf temel veya zayıf asitler ve bunların tuzları. Tampon çözeltilerde ana "aktif" bileşenler, Brønsted teorisine göre proton donörü ve alıcısı veya Lewis teorisine göre bir asit-baz çiftini temsil eden elektron çifti donörü ve alıcısıdır.

Tampon sisteminin zayıf elektrolitinin asit veya baz sınıfına ait olup olmamasına ve yüklü partikül tipine göre üç türe ayrılır: asidik, bazik ve amfolitik. Bir veya daha fazla tampon sistemi içeren bir çözüme tampon çözüm denir. Tampon çözeltileri iki şekilde hazırlanabilir:

Zayıf bir elektrolitin güçlü bir elektrolitle kısmi nötrleştirilmesi:

Karıştırma çözümleri zayıf elektrolitler tuzları (veya iki tuzu) ile: CH3COOH ve CH3COONa; NH3 ve NH4CI; NaH2PO4

ve Na2HP04.

Çözümlerde yeni bir kalitenin (tamponlama eylemi) ortaya çıkmasının nedeni, birkaç protolitik dengenin birleşimidir:

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

Le Chatelier ilkesine uygun olarak, bir çözeltiye zayıf bir asit HB + H2O ↔ H3O + + B - güçlü bir asit veya B anyonlarını içeren bir tuz - eklenmesi, dengeyi sola kaydıran bir iyonizasyon işlemi meydana gelir ( ortak iyon etkisi) B - + H20 ↔ HB + OH - ve sağa alkali (OH -) eklenmesi, çünkü nötrleştirme reaksiyonu nedeniyle hidronyum iyonlarının konsantrasyonu azalacaktır.

İki izole dengeyi (asit iyonizasyonu ve anyon hidrolizi) birleştirirken, aynı dış faktörlerin (hidronyum ve hidroksit iyonlarının eklenmesi) etkisi altında içlerinde meydana gelecek işlemlerin farklı şekilde yönlendirildiği ortaya çıkar. Ayrıca birleştirilmiş reaksiyonların her birinin ürünlerinden birinin konsantrasyonu, diğer reaksiyonun denge konumunu etkiler.

Protolitik tampon sistemi, iyonizasyon ve hidroliz işlemlerinin birleşik dengesidir.

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

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

Protolitik teoriye göre asitler, bazlar ve amfolitler protolitlerdir.

6.2. TAMPON SİSTEM ÇEŞİTLERİ

Asit tipi tampon sistemleri

Asidik tampon sistemleri, zayıf bir asit HB (proton donörü) ve bunun tuzu B -'nin (proton alıcısı) bir karışımıdır. Asidik bir ortama sahip olma eğilimindedirler (pH<7).

Hidrokarbonat tampon sistemi (tampon bölge pH 5.4-7.4) - zayıf karbonik asit H2C03 (proton donörü) ve bunun tuzu HCO3 - (proton alıcısı) karışımı.

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

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

Temel tip tampon sistemleri

Temel tampon sistemleri, zayıf bir baz (proton alıcısı) ve onun tuzunun (proton donörü) bir karışımıdır. Genellikle alkali bir ortama sahiptirler (pH>7).

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

Amfolit tipi tampon sistemleri

Amfolitik tampon sistemleri, iki tuzun veya zayıf bir asit ve zayıf bir bazın tuzundan oluşan bir karışımdan oluşur, örneğin CH3COONH4, burada CH3COO - zayıf temel özellikler sergiler - bir proton alıcısı ve NH4 + - a zayıf asit - proton donörü. Amfolit tipinin biyolojik olarak önemli bir tampon sistemi, protein tampon sistemi - (NH3 +) m -Prot-(CH3COO -) n'dir.

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

6.3. TAMPON ÇÖZELTİLERİNİN ETKİ MEKANİZMASI VE BU ÇÖZELTİLERDE PH TAYİNİ. CİNSİYET-HASSELBACH DENKLEMİ

Etkisi asit-baz dengesi CH3COOH ↔ H++ CH'ye dayanan asetat tampon sistemi CH3COO - /CH3COOH örneğini kullanarak asit tipi tampon çözeltilerinin etki mekanizmasını ele alalım. 3 COO - (K И = 1,75 10 - 5). Asetat iyonlarının ana kaynağı güçlü elektrolit CH3COONa. Güçlü bir asit eklendiğinde, konjuge baz CH3COO - eklenen hidrojen katyonlarını bağlayarak zayıf bir aside dönüşür: CH3COO - + + H + ↔ CH3COOH (asit-baz dengesi sola kayar). CH3COO konsantrasyonundaki bir azalma, zayıf asit konsantrasyonundaki bir artışla dengelenir ve hidroliz sürecini gösterir. Ostwald'ın seyreltme yasasına göre, bir asitin konsantrasyonundaki bir artış, elektrolitik ayrışma derecesini biraz azaltır ve asit pratikte iyonlaşmaz. Sonuç olarak sistemde: C artar, C ila ve α azalır, - const, C ila /C artar, burada C to asit konsantrasyonu, C tuz konsantrasyonu, α elektrolitik ayrışma derecesidir.

Alkali eklendiğinde, asetik asitin hidrojen katyonları serbest bırakılır ve eklenen OH - iyonları ile nötralize edilir, su moleküllerine bağlanır: CH3COOH + OH - → CH3COO - + H2O

(asit-baz dengesi sağa kayar). Sonuç olarak C k artar, C c ve α azalır, - const, C k / C c azalır.

Bazik ve amfolit tipteki tampon sistemlerinin etki mekanizması benzerdir. Solüsyonun tamponlama etkisi, eklenen H + ve OH - iyonlarının tampon bileşenleri tarafından bağlanması ve düşük ayrışan maddelerin oluşumu nedeniyle asit-baz dengesindeki bir kaymadan kaynaklanmaktadır.

Asit eklenirken bir protein tampon çözeltisinin etki mekanizması: (NH3 +) m -Prot-(COO -) n + NH+ ↔ (NH3 +) m -Prot-(COOH) n, alkali eklenirken - (NH3 +) m -Prot-(COO -) n + MAH- ↔ (NH2) m - Prot-(COO -) n + mH20.

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 şu şekilde onaylanmıştır: Henderson-Hasselbalch denklemi, bu, [H+], K I, α ve C'nin /Cs'ye bağımlılığını belirler. Denklem

Bunu, asetik asit ve onun tuzu CH3COONa'nın bir karışımı olan asit tipi bir tampon sistemi örneğini kullanarak elde ediyoruz. Tampon çözeltideki hidrojen iyonlarının konsantrasyonu, asetik asidin iyonizasyon sabiti ile belirlenir:

Denklem, hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun doğrudan K I, α, asit konsantrasyonu C k ve ters ilişki Cs'den ve C'nin /Cs'ye oranı. Denklemin her iki tarafının logaritmasını alıp logaritmayı eksi işaretiyle 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 türetilmiştir.

Amonyak gibi temel bir tampon sistemi türü için, çözeltideki hidrojen katyonlarının konsantrasyonu, konjuge asidin asit-baz denge sabiti temel alınarak hesaplanabilir.

N.H. 4 + :

Temel tip tampon sistemleri için Henderson-Hasselbach denklemi:

Bu denklem şu şekilde temsil edilebilir:

Bir fosfat tampon sistemi için HPO42-/H2PO4 - pH aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:

burada pK2, ikinci aşamada ortofosforik asidin ayrışma sabitidir.

6.4. TAMPON ÇÖZELTİLERİN KAPASİTESİ VE KAPASİTESİNİ BELİRLEYEN FAKTÖRLER

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

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

Dolayısıyla tampon kapasitesi, bir çözeltinin tamponlama etkisinin niceliksel bir ölçüsüdür. Bir tampon çözeltisi, bileşenlerinin oranı birliğe eşit olan bir karışım oluşturan asit veya bazın pH = pK değerinde maksimum tampon kapasitesine sahiptir. Tampon karışımının başlangıç ​​konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, tampon kapasitesi de o kadar yüksek olur. Tampon kapasitesi tampon çözeltisinin bileşimine, konsantrasyonuna ve bileşenlerin oranına bağlıdır.

Doğru tampon sistemini seçebilmeniz gerekir. Seçim gerekli pH aralığına göre belirlenir. Tampon etki bölgesi asitin (bazın) ±1 biriminin kuvvetine göre belirlenir.

Bir tampon karışımı seçerken, bileşenlerinin kimyasal yapısını dikkate almak gerekir, çünkü çözeltinin eklendiği maddeler

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

6.5. KAN TAMPONLAMA SİSTEMLERİ

Kan 4 ana tampon sistemi içerir.

1. Hidrokarbonat.

Kapasitenin %50'sini oluşturur. Esas olarak plazmada çalışır ve CO2 taşınmasında merkezi bir rol oynar.

2. Protein. Kapasitenin %7'sini oluşturur.

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

4. Hidrofosfat tampon sistemi - %5 kapasite. Hidrokarbonat ve hemoglobin tampon sistemleri merkezi ve son derece CO 2 taşınmasında ve pH oluşumunda. Kan plazması pH'ı 7,4'tür. CO2, kana salınan hücresel metabolizmanın bir ürünüdür. Membrandan kırmızı kan hücrelerine yayılır ve burada su ile reaksiyona girerek H2CO3 oluşturur. Oran 7'ye ayarlandı ve pH 7,25 olacak. Asitlik artar ve aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir:

Ortaya çıkan HCO3 - membrandan çıkar ve kan akışıyla taşınır. Kan plazmasında pH 7,4'tür. Venöz kan akciğerlere geri döndüğünde, hemoglobin oksijenle reaksiyona girerek daha güçlü bir asit olan oksihemoglobin oluşturur: HHb + + O 2 ↔ HHbO 2. Daha güçlü bir asit oluştukça pH düşer, reaksiyon meydana gelir: HHbO2 + HCO3 - ↔ HbO2 - + H2C03. Daha sonra CO2 atmosfere salınır. Bu, CO 2 ve O 2'nin taşınmasına yönelik mekanizmalardan biridir.

CO2'nin hidrasyonu ve dehidrasyonu, kırmızı kan hücrelerinde bulunan karbonik anhidraz enzimi tarafından katalize edilir.

Bazlar ayrıca kan tamponuna bağlanır ve esas olarak mono ve dibazik fosfatlar şeklinde idrarla atılır.

Kliniklerde her zaman rezerv kan alkalinitesi belirlenir.

6.6. DERSLERE VE SINAVLARA HAZIRLIĞINIZI KENDİ KENDİNİZİ TEST ETMENİZİ SAĞLAYACAK SORULAR VE EGZERSİZLER

1. Hangi protolitik dengeleri birleştirirken çözeltiler tamponlama özelliklerine sahip olacak?

2.Tampon sistemleri ve tampon eylemi kavramını vermek. Tamponlama eyleminin kimyası nedir?

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

4.Vücudun ana tampon sistemleri ve ilişkileri. Tampon sistemlerinin pH'ı neye bağlıdır?

5. Tampon sisteminin tampon kapasitesine ne denir? Hangi kan tampon sistemi en büyük kapasiteye sahiptir?

6. Tampon çözeltileri elde etme yöntemleri.

7. Tıbbi ve biyolojik araştırmalar için tampon çözeltilerin seçimi.

8. Kandaki hidrojen iyonlarının konsantrasyonu 1.2.10 -7 mol/l ise hastada asidoz mu yoksa alkaloz mu gözlendiğini belirleyin.

6.7. TEST GÖREVLERİ

1. Önerilen sistemlerden hangisi tampon sistemdir?

a)HCl ve NaCl;

b)H2S04 ve NaHSO4;

c)H 2C03 ve NaHC03;

d)HNO3 ve NaN03;

e)HClO4 ve NaClO4.

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

a) 0,1 M NaH2P04 çözeltisi ve 0,1 M Na2HP04 çözeltisi;

b) 0,2 M H2C03 çözeltisi ve 0,3 M NaHC03 çözeltisi;

c) 0,4 M NH4OH çözeltisi ve 0,3 M NH4Cl çözeltisi;

d) 0,5 M çözelti CH3COOH ve 0,8 M çözelti CH3COONa;

e)0,4 M NaHCO çözeltisi 3 ve 0,2 M çözelti H2C03.

3. Önerilen tampon sistemlerinden hangisi bikarbonatlı tampon sistemidir?

a) NH4OH ve NH4Cl;

b)H2C03 ve KNSO3;

c) NaH2P04 ve Na2HP04;

d) CH3COOH ve CH3COOK;

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

4. Tampon sisteminin pH'ı hangi koşullar altında pK k'ye eşittir?

a) asit ve tuzunun konsantrasyonları eşit olduğunda;

b) asit ve tuzunun konsantrasyonları eşit olmadığında;

c) asit ve tuz hacimlerinin oranı 0,5 olduğunda;

d) aynı konsantrasyonlarda asit ve tuz hacimlerinin oranı eşit olmadığında;

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

5. CH3COOH ve CH sistemi için önerilen formüllerden hangisi [H+]'nın hesaplanması için uygundur? 3 Tamam mı?

6. Aşağıdaki karışımlardan hangisi vücudun tampon sisteminin bir parçasıdır?

a)HCl ve NaCl;

b)H2S ve NaHS;

c) NH4OH ve NH4Cl;

d)H2C03 ve NaHC03;

e)Ba(OH)2 ve BaOHCl.

7. Protein tamponu ne tür asit-baz tampon sistemidir?

a) zayıf bir asit ve onun anyonu;

c) 2 asit tuzunun anyonları;

e) amfolit iyonları ve molekülleri.

8. Amonyak tamponu ne tür asit-baz tampon sistemidir?

a) zayıf bir asit ve onun anyonu;

b) asidik ve orta tuzların anyonları;

c) 2 asit tuzunun anyonları;

d) zayıf baz ve katyonu;

e) amfolit iyonları ve molekülleri.

9. Fosfat tamponu ne tür asit-baz tampon sistemidir?

a) zayıf bir asit ve onun anyonu;

b) asidik ve orta tuzların anyonları;

c) 2 asit tuzunun anyonları;

d) zayıf baz ve katyonu;

e) amfolit iyonları ve molekülleri.

10. Bir protein tampon sistemi ne zaman tampon değildir?

a) izoelektrik noktada;

b) alkali eklerken;

c) asit eklerken;

d) tarafsız bir ortamda.

11. Önerilen formüllerden hangisi [OH - ] sisteminin hesaplanması için uygundur: NH4OH ve NH4Cl?

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

Bir tampon çözeltisi, sabit bir kimyasal reaktiftir.pH

Laboratuvar cam malzemeleri, laboratuvar ekipmanları, aletleri ve kimyasallar bunlar, uzmanlığı ne olursa olsun, herhangi bir modern laboratuvarın dört ana bileşenidir. Amaca bağlı olarak, laboratuvar ürünleri (züccaciye, ekipman, aletler) çeşitli malzemelerden yapılır: plastik, porselen, kuvars, borosilikat, laboratuvar camı vb. Bu sadece fiyat ve kalite meselesidir. Kimyasal reaktifler laboratuvar ekipmanı listesinde özel bir yere sahiptir - onlar olmadan en basit analiz, araştırma veya deneyi bile gerçekleştirmek imkansızdır.

pratikte laboratuvar çalışmasıçalışanlar bu tür durumlarla sıklıkla karşılaşıyor kimyasal çözümler Belirli bir pH değerine sahip olan veya sahip olması gerekenler. Bu amaçlar için özel tampon çözeltileri yapılır.

Bu çözüm nedir?

Tampon çözeltileri, hidrojen iyonlarının konsantrasyonunun belirli bir kararlı göstergesine sahip kimyasal reaktiflerdir; karışım zayıf konsantre asit ve tuzları. Bu çözeltiler, konsantre edildiğinde, diğer kimyasal reaktiflerle seyreltildiğinde veya yüksek konsantrasyonlu alkaliler veya asitler küçük miktarlarda eklendiğinde pratik olarak yapılarını değiştirmez. Farklı pH'a sahip bir tampon çözelti elde etmek için kullanılan kimyasal çözeltilerin konsantrasyonunu ve oranını değiştirmek gerekir.

Bu kimyasal reaktif, agresif ortamların, alkalilerin ve asitlerin belirli miktarına bağlı olarak belirli bir pH değerini belirli bir seviyede tutma kapasitesine sahiptir. Her tampon karışımının belirli bir tampon kapasitesi vardır - alkali ve asit elementlerinin eşdeğer oranı.

Ne yazık ki asitler ve alkaliler tampon karışımları olarak sınıflandırılamazlar çünkü suyla seyreltildiklerinde bu agresif ortamların pH seviyesi değişir.

İÇİNDE laboratuvar uygulaması Kalibrasyon tamponu karışımı da uygulanabilir. Asit seviyelerini belirlemek için kullanılan aletlerin doğruluğunu ayarlamak için tasarlanmıştır. sıvı maddeler– hidrojen iyonlarının çeşitli ortamlarındaki aktivite.

Hem laboratuvar koşullarında hem de iş için özel muayenehaneÖzel laboratuvar ekipman ve cihazlarında laboratuvar cam malzemeleri kullanılarak özel laboratuvarlarda hazırlanan oldukça stabil tampon karışımlarının kullanılması tavsiye edilir. Bu kimyasal reaktifin bağımsız olarak hazırlanması büyük bir hatayla elde edilebilir.

Tampon çözeltisi nelerden oluşur?

Bu kimyasal reaktifin bileşimi su - bir çözücü ve eşit derecede içerir asit-baz veya alkalin-asit tampon sistemini oluşturan çözünmüş iyonlar veya madde molekülleri. Tampon sistemi, zayıf konsantre bir asidin tuzlarından biriyle etkileşimidir.

Bu tür kimyasal reaktifler, modern laboratuvar ekipmanı ve cihazlarıyla birlikte analitik kimya, biyoloji ve mikrobiyoloji, genetik, tıp, farmasötik, kimya araştırmalarında geniş uygulama alanı bulmuştur. araştırma merkezleri ve diğer bilimsel alanlar.

Tampon çözeltinin insanlar için önemi

Doğal bir tampon karışımı vücudun normal işleyişi için de çok önemlidir, çünkü dokuların, organların, lenflerin ve kanın biyolojik sıvılarının sabit bir pH seviyesinin korunmasına yardımcı olur.

Saklama koşulları

Bu kimyasal reaktif hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kapta (cam veya plastik şişeler) saklanmalıdır.

Laboratuvar ekipmanı nereden alınır yüksek kalite uygun fiyata?

Moskova'da kimyasal reaktifler, aletler, ekipman, laboratuvar cam eşyaları satın almak, modern bir özel kimyasal reaktifler Moskova perakende ve toptan satış mağazası olan “Prime Chemicals Group” mağazasından satın almak karlı. Tanınmış markaların yüksek kaliteli ürünlerini uygun fiyatlarla geniş bir yelpazede burada bulacaksınız. Ayrıca şehir içi ve bölge geneline teslimat hizmeti de sunuyoruz.

“Prime Chemicals Group” – muayene eldivenlerinden kalite işaretli elektronik laboratuvar terazilerine kadar laboratuvar ekipmanları.