Λύσεις Χαρακτηριστικών Λύσεων, Παρασκευή και Παραδείγματα

Το ρυθμιστικά διαλύματα ή τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι εκείνα που μπορούν να μειώσουν τις μεταβολές του ρΗ λόγω ιόντων Η₃Ο⁺ και OH^-. Ελλείψει αυτών, ορισμένα συστήματα (όπως τα φυσιολογικά) είναι μειωμένα, καθώς τα συστατικά τους είναι πολύ ευαίσθητα στις ξαφνικές αλλαγές στο pH.

Ακριβώς όπως τα αμορτισέρ στα αυτοκίνητα μειώνουν την κρούση που προκαλείται από την κίνηση τους, τα ρυθμιστικά κάνουν το ίδιο, αλλά με την οξύτητα ή την βασικότητα της λύσης. Επιπλέον, τα ρυθμιστικά διαλύματα δημιουργούν ένα συγκεκριμένο εύρος ρΗ εντός του οποίου είναι αποτελεσματικά.

Διαφορετικά, τα ιόντα Η₃Ο⁺ οξυνίζετε το διάλυμα (το pH πέφτει σε τιμές κάτω από 6), με αποτέλεσμα μια πιθανή μεταβολή στην απόδοση της αντίδρασης. Το ίδιο παράδειγμα μπορεί να εφαρμοστεί για βασικές τιμές ρΗ, δηλαδή μεγαλύτερη από 7.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά
  • 1.1 Σύνθεση
  • 1.2 Εξουδετέρωση τόσο των οξέων όσο και των βάσεων
  • 1.3 Αποδοτικότητα
• 2 Προετοιμασία
• 3 Παραδείγματα
• 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Σύνθεση

Στην ουσία αποτελούνται από ένα οξύ (ΗΑ) ή μια ασθενή βάση (Β) και άλατα των συζυγών βάσης ή οξέος. Κατά συνέπεια, υπάρχουν δύο τύποι: ρυθμιστικά οξέα και αλκαλικά ρυθμιστικά διαλύματα.

Τα όξινα ρυθμιστικά διαλύματα αντιστοιχούν στο ζεύγος ΗΑ / Α^-, όπου Α^- είναι η συζευγμένη βάση του ασθενούς οξέος ΗΑ και αλληλεπιδρά με ιόντα -όπως το Na⁺- για το σχηματισμό αλάτων νατρίου. Με τον τρόπο αυτό, το ζεύγος παραμένει ως ΗΑ / ΝαΑ, αν και μπορεί επίσης να είναι άλατα καλίου ή ασβεστίου.

Όταν προέρχεται από το ασθενές οξύ ΗΑ, καταστρέφει τα όρια του pH (κάτω του 7) σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση:

ΗΑ + ΟΗ^- => Α^- + H₂Ο

Ωστόσο, επειδή είναι ασθενές οξύ, η σύζευξη βάσης του είναι μερικώς υδρολυμένη για να αναγεννηθεί μέρος του καταναλωθέντος ΗΑ:

Α^- + H₂Ο <=> ΗΑ + ΟΗ^-

Από την άλλη πλευρά, τα αλκαλικά ρυθμιστικά αποτελούνται από ζεύγος Β / ΗΒ⁺, όπου HB⁺ είναι το συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης. Γενικά, HB⁺ σχηματίζει άλατα με ιόντα χλωρίου, αφήνοντας το ζεύγος ως Β / ΗΒΟΙ. Αυτά τα ρυθμιστικά διαλύματα ρυθμίζουν τις βασικές τιμές ρΗ (μεγαλύτερες από 7):

B + H₃Ο⁺ => HB⁺ + H₂Ο

Και, πάλι, HB⁺ μπορεί να υδρολυθεί μερικώς για να αναγεννηθεί μέρος του Β που καταναλώνεται:

HB⁺ + H₂Ο <=> B + H₃Ο⁺

Εξουδετερώστε τα οξέα και τις βάσεις

Ενώ τα όξινα ρυθμιστικά διαλύουν ρυθμιστικά οξέα ρΗ και ρυθμιστικά αλκαλικού ρΗ, αμφότερα μπορούν να αντιδρούν με ιόντα Η₃Ο⁺ και OH^- μέσω αυτών των σειρών χημικών εξισώσεων:

Α^- + H₃Ο⁺ => ΗΑ + Η₂Ο

HB⁺ + OH^- => Β + Η₂Ο

Με αυτόν τον τρόπο, στην περίπτωση του ζεύγους ΗΑ / Α^-, Το ΗΑ αντιδρά με ιόντα ΟΗ^-, ενώ A^- -η συζευγμένη βάση της - αντιδρά με το Η₃Ο⁺. Όσον αφορά το ζεύγος B / HB⁺, Το Β αντιδρά με τα ιόντα Η₃Ο⁺, ενώ HB⁺ -το συζευγμένο οξύ του με το ΟΗ^-.

Αυτό επιτρέπει αμφότερα τα ρυθμιστικά διαλύματα να εξουδετερώνουν τόσο τα όξινα όσο και τα βασικά είδη. Το αποτέλεσμα των παραπάνω έναντι, για παράδειγμα, της σταθερής προσθήκης ΟΗ μορίων^-, είναι η μείωση της διακύμανσης του pH (ΔpH):

Η επάνω εικόνα δείχνει τη ρύθμιση του ρΗ σε σχέση με μια ισχυρή βάση (δότης OH)^-).

Αρχικά το pH είναι οξύ λόγω της παρουσίας ΗΑ. Όταν προστεθεί η ισχυρή βάση, σχηματίζονται οι πρώτοι μύλοι του Α^- και η προσωρινή μνήμη αρχίζει να ισχύει.

Ωστόσο, υπάρχει μια περιοχή της καμπύλης όπου η κλίση είναι λιγότερο απότομη. δηλαδή, όπου η απόσβεση είναι πιο αποτελεσματική (μπλε πλαίσιο).

Αποτελεσματικότητα

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να κατανοήσετε την έννοια της αποτελεσματικότητας του ρυθμιστή. Ένας από αυτούς είναι ο προσδιορισμός του δεύτερου παραγώγου της καμπύλης του ρΗ έναντι του όγκου βάσης, εκκαθάριση V για την ελάχιστη τιμή, η οποία είναι Veq / 2.

Veq είναι ο όγκος στο σημείο ισοδυναμίας. αυτός είναι ο βασικός όγκος που απαιτείται για να εξουδετερωθεί όλο το οξύ.

Ένας άλλος τρόπος για να το καταλάβουμε είναι μέσω της περίφημης εξίσωσης Henderson-Hasselbalch:

ρΗ = ρΚ_α + καταγραφή ([B] / [A])

Εδώ το Β υποδηλώνει τη βάση, το Α το οξύ και το ρΚ_α είναι ο χαμηλότερος λογάριθμος της σταθεράς οξύτητας. Αυτή η εξίσωση ισχύει τόσο για τα όξινα είδη ΗΑ όσο και για το συζευγμένο οξύ ΗΒ⁺.

Αν το [A] είναι πολύ μεγάλο σε σχέση με το [B], το log () παίρνει μια πολύ αρνητική τιμή, η οποία αφαιρείται από το pK_α. Εάν το αντίθετο [A] είναι πολύ μικρό σε σχέση με το [B], η τιμή του log () παίρνει μια πολύ θετική τιμή, η οποία προσθέτει στο pK_α. Ωστόσο, όταν το [A] = [B], το log () είναι 0 και το pH = pK_α.

Τι σημαίνουν όλα τα παραπάνω; Ότι η ΔpH θα είναι μεγαλύτερη στις ακρότητες που εξετάζονται για την εξίσωση, ενώ θα είναι μικρότερη με ένα ρΗ ίσο με ρΚ_α? και ως pK_α είναι χαρακτηριστικό για κάθε οξύ, η τιμή αυτή καθορίζει την περιοχή ρΚ_α± 1.

Οι τιμές ρΗ εντός αυτού του εύρους είναι αυτές στις οποίες το ρυθμιστικό είναι αποτελεσματικότερο.

Προετοιμασία

Για την προετοιμασία ενός ρυθμιστικού διαλύματος είναι απαραίτητο να λάβετε υπόψη τα ακόλουθα βήματα:

- Γνωρίστε το απαιτούμενο pH και, κατά συνέπεια, αυτό που θέλετε να διατηρήσετε όσο το δυνατόν πιο σταθερό κατά τη διάρκεια της αντίδρασης ή της διαδικασίας.

- Γνωρίζοντας το pH, ψάχνουμε για όλα τα αδύναμα οξέα, εκείνα των οποίων το pK_α είναι πιο κοντά σε αυτήν την τιμή.

- Μόλις επιλεγεί το είδος ΗΑ και υπολογιστεί η συγκέντρωση του ρυθμιστικού διαλύματος (ανάλογα με το πόση βάση ή οξύ χρειάζεται να εξουδετερωθεί), ζυγίζεται η απαραίτητη ποσότητα του άλατος του νατρίου.

Παραδείγματα

Το οξικό οξύ έχει ρΚ_α από 4,75, CH₃COOH; Ως εκ τούτου, ένα μείγμα ορισμένων ποσοτήτων αυτού του οξέος και οξικού νατρίου, CH₃COONa, σχηματίζουν ένα ρυθμιστικό διάλυμα που απορροφά αποδοτικά στην περιοχή του ρΗ (3,75-5,75).

Άλλα παραδείγματα μονοπροϊκών οξέων είναι τα βενζοϊκά οξέα (C₆H₅COOH) και μυρμηκικό (HCOOH). Για καθεμία από αυτές τις τιμές ρΚ_α είναι 4,18 και 3,68. Συνεπώς, οι περιοχές ρΗ τους υψηλότερου ρυθμιστικού είναι (3.18-5.18) και (2.68-4.68).

Από την άλλη πλευρά, πολυπροπτικά οξέα όπως φωσφορικό (Η₃PO₄) και ανθρακικό (Η₂CO₃) έχουν τόσες πολλές τιμές ρΚ_α καθώς τα πρωτόνια μπορούν να απελευθερωθούν. Έτσι, το Η₃PO₄ Έχει τρία pK_α (2.12, 7.21 και 12.67) και το Η₂CO₃ έχει δύο (6.352 και 10.329).

Εάν θέλετε να διατηρήσετε ένα pH 3 σε μια λύση, μπορείτε να επιλέξετε μεταξύ του ρυθμιστή HCOONa / HCOOH (pK_α= 3.68) και NaH₂PO₄/ Η₃PO₄ (ρΚ_α= 2.12).

Το πρώτο ρυθμιστικό, αυτό του μυρμηκικού οξέος, είναι πιο κοντά στο ρΗ 3 από το ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικού οξέος. Συνεπώς, η HCOONa / HCOOH επιβραδύνει καλύτερα σε ρΗ 3 από το ΝθΗ₂PO₄/ Η₃PO₄.

Αναφορές

1. Ημέρα, R., & Underwood, Α. Ποσοτική Αναλυτική Χημεία (πέμπτη έκδοση). PEARSON Prentice Hall, ρ 188-194.
2. Avsar Aras. (20 Απριλίου 2013). Μίνι σοκ Ανακτήθηκε στις 9 Μαΐου 2018 από: commons.wikimedia.org
3. Wikipedia. (2018). Ρυθμιστικό διάλυμα. Ανακτήθηκε στις 9 Μαΐου 2018, από: en.wikipedia.org
4. Assoc. Καθ. Λιμόμιρ Μακεδονικό, PhD. [Doc.] Ρυθμιστικά διαλύματα. Ιατρικό Πανεπιστήμιο της Βάρνας.
5. Chem Collective. Εκπαιδευτικά φυλλάδια. Ανακτήθηκε στις 9 Μαΐου 2018, από: chemcollective.org
6. αιτούντες. (2018). Λύση ρυθμιστικού διαλύματος. Ανακτήθηκε στις 9 Μαΐου 2018, από: askiitians.com
7. Quimicas.net (2018). Παραδείγματα λύσεων απορρόφησης κραδασμών, ρυθμιστικού διαλύματος ή ρυθμιστικού διαλύματος. Ανακτήθηκε στις 9 Μαΐου 2018, από: quimicas.net