Bufer eritmalarning tasnifi
Tabiiy va sun'iy bufer eritmalari mavjud. Tabiiy bufer eritmasi bikarbonat, fosfat, oqsil, gemoglobin va kislota bufer tizimlarini o'z ichiga olgan qondir. Sun'iy bufer eritmasi CH3COOH dan tashkil topgan asetat buferi bo'lishi mumkin.
Bufer eritmalari kislotali reaktsiyaga ega bo'lishi mumkin (pH< 7) или щелочную (рН > 7). .
Bufer tizimlari to'rt xil bo'lishi mumkin:
1) kuchsiz kislota va uning anioni:
Masalan: asetat bufer tizimi
CH 3 COONa va CH 3 COOH, ta'sir doirasi pH = 3,8 - 5,8.
2) Zaif asos va uning kationi:
Masalan: ammiak bufer tizimi
NH 3 va NH 4 Cl, ta'sir doirasi pH = 8,2 - 10,2.
3) kislota va o'rta tuzning anionlari:
Masalan: karbonat tampon tizimi
Na 2 CO 3 va NaHCO 3, ta'sir doirasi pH = 9,3 - 11.
4) Ikki kislota tuzining aralashmasi:
Masalan: fosfat bufer tizimi
Na 2 HP0 4 va NaH 2 PO 4, ta'sir doirasi pH = 7,4 - 8.
Bufer eritmalarning ta'sir qilish mexanizmi
Sirka kislotasi va natriy asetatning bufer aralashmasi misolida bufer eritmalarning xossalari nimaga asoslanganligini tushunamiz.
1) Suv bilan suyultirish
Sirka kislotasi zaif kislotadir, bundan tashqari, natriy asetat mavjudligi (xuddi shu nomdagi ionning ta'siri) tufayli uning dissotsiatsiyasi yanada kamayadi. bufer eritmasi gidroksid tetraborat
Keling, ko'rib chiqilayotgan eritma suv bilan 10 yoki 20 marta suyultiriladi deb faraz qilaylik. Sirka kislotasi kontsentratsiyasining kuchli pasayishi tufayli H + ionlarining kontsentratsiyasi kamayishi kerakdek tuyuladi, ammo bu sodir bo'lmaydi, chunki suyultirish bilan sirka kislotasining dissotsilanish darajasi oshadi, chunki natriy asetat konsentratsiyasi, bu eritmada sirka kislotaning dissotsiatsiyasini bostiradigan, kamayadi. Shuning uchun, suv bilan suyultirilganda, pH deyarli o'zgarmaydi.
2) Kuchli kislota qo'shish
Bufer aralashmasiga oz miqdorda kuchli kislota, masalan, xlorid kislotasi qo'shilsa, reaktsiya sodir bo'ladi:
CH 3 COONa + HCl = NaCl + CH 3 COOH.
Eritmaga kiradigan H + ionlari dissotsilanish darajasi past bo'lgan sirka kislotasi molekulalari bilan bog'lanadi. Shunday qilib, H+ ionlarining konsentratsiyasi deyarli oshmaydi va eritmaning pH qiymati deyarli o'zgarmaydi
Agar toza suvga bir xil miqdorda kislota qo'shilsa, barcha H + ionlari eritmada qoladi, vodorod ionlarining konsentratsiyasi ko'p marta ortadi va eritmaning pH qiymati sezilarli darajada o'zgaradi. Va vodorod, siz bilganingizdek, eng keng tarqalgan kimyoviy elementdir.
3) oz miqdorda gidroksidi qo'shish
Bufer aralashmasiga qo'shilgan ishqor sirka kislotasi bilan reaksiyaga kirishadi:
CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O.
OH - ionlari sirka kislotaning H + ionlari bilan dissotsiatsiyalanmagan suv molekulalariga bog'lanadi. Biroq, bu ionlarning yo'qolishi sirka kislotasi molekulalarining dissotsiatsiyasi natijasida to'ldiriladi. Shunday qilib, gidroksidi qo'shgandan keyin eritmaning pH qiymati deyarli o'zgarmaydi.
Agar siz toza suvga ishqor qo'shsangiz, barcha OH - ionlari eritmada qoladi. OH - ionlarining konsentratsiyasi keskin ortadi, H + ionlarining konsentratsiyasi mos ravishda kamayadi va eritmaning pH darajasi sezilarli darajada o'zgaradi.
Xuddi shunday hodisalar boshqa bufer aralashmalarga oz miqdorda kislotalar va ishqorlar qo'shilganda kuzatiladi.
Bufer ta'sir qilish mexanizmi (ammiak buferi misolida)
Ammiakli bufer sistemasi misolida bufer sistemaning ta'sir mexanizmini ko'rib chiqamiz: NH 4 OH (NH 3 x H 2 O) + NH 4 C1.
Ammoniy gidroksidi zaif elektrolit bo'lib, eritmada qisman ionlarga ajraladi:
NH 4 OH<=>NH 4 + + OH -
Ammoniy xlorid ammoniy gidroksid eritmasiga qo'shilsa, tuz kuchli elektrolit sifatida deyarli to'liq NH 4 C1 > NH 4 + + C1 - ionlariga ajraladi va asosning dissotsiatsiyasini bostiradi, uning muvozanati o'zaro bog'liqlik tomon siljiydi. teskari reaktsiya. Shuning uchun C (NH 4 OH)? C (asosiy); va C (NH 4+) ? C (tuz).
Agar bufer eritmada C (NH 4 OH) = C (NH 4 C1), u holda pH = 14 - pKosn. = 14 + log 1.8.10-5 = 9.25.
Bufer aralashmalarning eritmaning deyarli doimiy pH qiymatini saqlab turish qobiliyati ularning tarkibiy qismlari eritmaga kiritilgan yoki shu eritmada sodir bo'ladigan reaktsiya natijasida hosil bo'lgan H+ va OH- ionlarini bog'lashiga asoslanadi. Ammiak bufer aralashmasiga kuchli kislota qo'shilsa, H + ionlari H + ionlarining konsentratsiyasini oshirish va eritmaning pH darajasini pasaytirish o'rniga ammiak yoki ammoniy gidroksid molekulalari bilan bog'lanadi.
Ishqor qo'shganda, OH - ionlari NH 4 + ionlarini bog'lab, eritmaning pH darajasini oshirishdan ko'ra, ozgina dissotsilangan birikma hosil qiladi.
Bufer ta'siri bufer eritmasining tarkibiy qismlaridan biri (konjugat asos yoki konjugat kislota) to'liq iste'mol qilinishi bilanoq to'xtaydi.
Bufer eritmaning kuchli kislotalar va asoslar ta'siriga qarshilik ko'rsatish qobiliyatini miqdoriy tavsiflash uchun bufer sig'imi deb ataladigan qiymatdan foydalaniladi. Bufer eritmaning konsentratsiyasi ortishi bilan kislotalar yoki ishqorlar qo'shilganda uning pH o'zgarishiga qarshilik ko'rsatish qobiliyati ortadi.
Eritmalarning oz miqdorda kislota yoki ishqor qo'shilganda pH qiymatini ma'lum chegaralarda ushlab turish xususiyati buferlash harakati deyiladi. Bufer ta'siriga ega bo'lgan eritmalar bufer aralashmalar deyiladi.
Titrlash holati uchun: oksalat kislotasi va kaliy gidroksid, titrlash egri chizig'ini chizing, titrlash holatini, titrlashning sakrashini, ekvivalent nuqtasini, ishlatiladigan ko'rsatkichlarni ko'rsating.
Titrlash sakrashi: pH = 4-10. Maksimal xatolik% 0,4 dan kam.
Ko'rsatkichlar - timolftalein, fenolftalein.
Qaytaruvchi vosita, elementlar davriy sistemasining qaysi elementlari qaytaruvchi moddalar bo'lishi mumkin va nima uchun?
Qaytaruvchi vosita - bu reaktsiya paytida elektronlarni beradigan moddadir, ya'ni. oksidlanadi.
Qaytaruvchi moddalar neytral atomlar, manfiy zaryadlangan metall bo'lmagan ionlar, past oksidlanish darajasidagi musbat zaryadlangan metall ionlari, murakkab ionlar va oraliq oksidlanish holatidagi atomlarni o'z ichiga olgan molekulalar bo'lishi mumkin.
Neytral atomlar. Oddiy qaytaruvchi moddalar tashqi energiya darajasida 1 dan 3 gacha elektronga ega bo'lgan atomlardir. Ushbu qaytaruvchi moddalar guruhi metallarni o'z ichiga oladi, ya'ni. s-, d- va f-elementlar. Vodorod va uglerod kabi metall bo'lmaganlar ham qaytaruvchi xususiyatga ega. Kimyoviy reaktsiyalarda ular elektronlardan voz kechadilar.
Kuchli qaytaruvchi moddalar past ionlanish potentsialiga ega atomlardir. Bularga elementlarning davriy sistemasining dastlabki ikkita asosiy kichik guruhi elementlarining atomlari D.I. Mendeleyev (ishqoriy va ishqoriy yer metallari), shuningdek Al, Fe va boshqalar.
Davriy tizimning asosiy kichik guruhlarida neytral atomlarning kamaytirish qobiliyati atomlarning radiusi ortishi bilan ortadi. Shunday qilib, masalan, Li - Fr qatorida zaifroq qaytaruvchi Li, kuchli qaytaruvchi esa Fr bo'ladi, bu odatda davriy jadvalning barcha elementlarining eng kuchli qaytaruvchisi hisoblanadi.
Manfiy zaryadlangan metall bo'lmagan ionlar. Neytral nometall atomga bir yoki bir nechta elektron qo'shilishi natijasida manfiy zaryadlangan ionlar hosil bo'ladi:
Demak, masalan, tashqi sathlarida 6 va 7 elektronga ega boʻlgan neytral oltingugurt va yod atomlari mos ravishda 2 va 1 elektron qoʻshib, manfiy zaryadlangan ionlarga aylanishi mumkin.
Salbiy zaryadlangan ionlar kuchli qaytaruvchi moddalardir, chunki tegishli sharoitlarda ular nafaqat zaif tutilgan ortiqcha elektronlarni, balki tashqi sathidagi elektronlarni ham berishi mumkin. Bundan tashqari, nometall oksidlovchi sifatida qanchalik faol bo'lsa, salbiy ion holatida uning qaytarilish qobiliyati shunchalik zaif bo'ladi. Va aksincha, nometal oksidlovchi sifatida qanchalik faol bo'lmasa, qaytaruvchi sifatida salbiy ion holatida shunchalik faol bo'ladi.
Bir xil zaryadga ega bo'lgan manfiy zaryadlangan ionlarning kamaytirish qobiliyati atom radiusi ortishi bilan ortadi. Shuning uchun, masalan, galogenlar guruhida yod ioni brom va xlor ionlariga qaraganda ko'proq qaytaruvchi xususiyatga ega, ftor esa umuman qaytaruvchi xususiyatga ega emas.
Eng past oksidlanish holatida musbat zaryadlangan metall ionlari. Eng past oksidlanish darajasidagi metall ionlari tashqi qobiqdan elektronlarning faqat bir qismini yo'qotish natijasida neytral atomlardan hosil bo'ladi. Masalan, qalay, xrom, temir, mis va seriy atomlari boshqa moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, dastlab minimal miqdordagi elektronlardan voz kechishi mumkin.
Pastroq oksidlanish holatidagi metall ionlari, agar ular uchun yuqori oksidlanish darajasiga ega bo'lgan holatlar mavjud bo'lsa, qaytaruvchi xususiyatlarni ko'rsatishi mumkin.
OVR tenglamasida elektron balans usuli yordamida koeffitsientlarni tartibga soling. Oksidlovchi va qaytaruvchini belgilang.
K 2 Cr 2 O 7 + 6FeSO 4 + 7H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 3Fe 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O
1 Cr 2 +6 +3e x 2 Cr 2 +3 oksidlovchi
6 Fe +2 - 1e Fe +3 qaytaruvchi
2KMnO 4 + 5H 2 S + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO4 + 5S + 8H 2 O
2 Mn +7 + 5e Mn +2 oksidlovchi
5 S -2 - 2e S 0 qaytaruvchi vosita
Biologik suyuqliklar, to'qimalar va organlar.
Bu biologik muhitning (qon, tupurik, me'da shirasi va boshqalar) juda doimiy pH qiymatlarida va protolitlar ta'sirida tananing normal pH qiymatlarini tiklash qobiliyatida ifodalanadi. Tizimni qo'llab-quvvatlash protolitik gomeostaz, nafaqat fiziologik mexanizmlarni (o'pka va buyrak kompensatsiyasi), balki fizik-kimyoviy mexanizmlarni ham o'z ichiga oladi: buferlash harakati, ion almashinuvi va diffuziya.
Qon va boshqa organlar va to'qimalarning doimiy pH darajasini ta'minlash tananing normal mavjudligi uchun eng muhim shartlardan biridir. Bu ta'minlash organizmda ko'plab tartibga solish tizimlarining mavjudligi bilan erishiladi, ularning eng muhimi bufer tizimlardir. Ikkinchisi tanadagi asosiy kompleksni saqlashda katta rol o'ynaydi.
Bundan tashqari, ushbu mavzu bo'yicha material fanning keyingi mavzularini (potentsiometriya, IUD eritmalarining xususiyatlari va boshqalar) va biokimyo, mikrobiologiya, gistologiya, gigiena, fiziologiya kabi fanlarni, shifokorning amaliy faoliyatida o'rganish uchun zarurdir. COR buzilishlarining turi va zo'ravonligini baholash.
Bufer yechimlari chaqiriladi oz miqdorda kuchli kislota yoki asos qo'shilganda yoki suyultirilganda bir xil pH qiymatini saqlaydigan eritmalar. Protolitik bufer eritmalar bir xil nomdagi ionlarni o'z ichiga olgan elektrolitlar aralashmasidir.
Protolitik bufer eritmalarining asosan ikki turi mavjud:
Kislotali, ya'ni. kuchsiz kislota va uning konjugat asosining ortiqcha qismidan iborat (kuchli asos va bu kislotaning anionidan hosil bo'lgan tuz). Masalan: CH 3 COOH va CH 3 COONa - asetat buferi
CH 3 COOH + H 2 O ↔ H 3 O + + CH 3 COO - ortiqcha konjugatsiyalangan
kislotali asos
CH 3 COONa → Na + + CH 3 COO -
Asosiylari, ya'ni. zaif asosdan va uning konjugat kislotasining ortiqcha qismidan (ya'ni, kuchli kislota va bu asosning kationidan hosil bo'lgan tuz) iborat. Masalan: NH 4 OH va NH 4 Cl - ammiak buferi.
NH 3 + H 2 O ↔ OH - + NH 4 + ortiqcha konjugat
kislotali asos
NH 4 Cl → Cl - + NH 4 +
Bufer tizim tenglamasi Henderson-Hasselbax formulasi yordamida hisoblanadi:
pH = pK + log, pOH = pK + log,
bu erda pK = -log K D.
C - molyar yoki ekvivalent elektrolitlar konsentratsiyasi (C = V N)
Bufer eritmalarning ta'sir qilish mexanizmi
Keling, buni asetat buferi misolida ko'rib chiqaylik: CH 3 COOH + CH 3 COONa
Asetat ionlarining yuqori konsentratsiyasi kuchli elektrolit - natriy asetatning to'liq dissotsiatsiyasi bilan bog'liq va sirka kislotasi xuddi shu nomdagi anion ishtirokida eritmada deyarli ionlashtirilmagan shaklda mavjud.
1. Kichik miqdordagi xlorid kislota qo'shilganda, H + ionlari konjugat asosga bog'lanadi CH 3 COO - eritmada mavjud zaif elektrolit CH 3 COOH.
CH 3 COO‾ +H + ↔ CH 3 COOH (1)
(1) tenglamadan ko'rinib turibdiki, kuchli HC1 kislotasi kuchsiz kislota CH 3 COOH ning ekvivalent miqdori bilan almashtiriladi. CH 3 COOH miqdori ortadi va V. Ostvaldning suyultirish qonuniga ko'ra, dissotsiatsiya darajasi pasayadi. Natijada, buferda H + ionlarining konsentratsiyasi ortadi, lekin juda oz. pH doimiy bo'lib qoladi.
Buferga kislota qo'shganda pH quyidagi formula bilan aniqlanadi:
pH = pK + log
2. Buferga oz miqdorda ishqor qo‘shilsa, u CH 3 COOH bilan reaksiyaga kirishadi. Sirka kislotasi molekulalari gidroksid ionlari bilan reaksiyaga kirishib, H 2 O va CH 3 COO ‾ hosil qiladi:
CH 3 COOH + OH ‾ ↔ CH 3 COO‾ + H 2 O (2)
Natijada ishqor ekvivalent miqdorda kuchsiz asosli tuz CH 3 COONa bilan almashtiriladi. CH 3 COOH miqdori kamayadi va V. Ostvaldning suyultirish qonuniga ko'ra, qolgan dissotsilanmagan CH 3 COOH molekulalarining potentsial kislotaligi tufayli dissotsilanish darajasi ortadi. Shunday qilib, H + ionlarining konsentratsiyasi deyarli o'zgarmaydi. pH doimiy bo'lib qoladi.
Ishqor qo'shganda pH quyidagi formula bilan aniqlanadi:
pH = pK + log
3. Buferni suyultirishda pH ham o'zgarmaydi, chunki dissotsilanish konstantasi va komponentlar nisbati o'zgarishsiz qoladi.
Shunday qilib, buferning pH ga bog'liq: komponentlarning dissotsilanish konstantalari va konsentratsiya nisbatlari. Bu qiymatlar qanchalik yuqori bo'lsa, buferning pH darajasi shunchalik yuqori bo'ladi. Komponentlar nisbati birga teng bo'lganda, buferning pH qiymati eng katta bo'ladi.
Buferni miqdoriy tavsiflash uchun kontseptsiya kiritilgan bufer sig'imi.
Ta'rif.
Laboratoriya amaliyotida ko'pincha ma'lum bir pH qiymatiga ega bo'lgan eritmalar bilan ishlash kerak bo'ladi. Bunday eritmalar bufer eritmalar deyiladi.
Bufer yechimlari- oz miqdorda kislotalar va asoslar qo'shilganda yoki suyultirilganda pH deyarli o'zgarmaydigan eritmalar.
Bufer eritmalari to'rt xil bo'lishi mumkin:
1. Zaif kislota va uning tuzi. Masalan, asetat tampon eritmasi CH 3 COOH + CH 3 COONa (pH = 4,7).
2. Zaif asos va uning tuzi. Masalan, ammiak bufer eritmasi NH 4 OH + NH 4 Cl (pH = 9,2).
3. Ikki kislota tuzining eritmasi. Masalan, fosfat bufer eritmasi NaH 2 PO 4 + Na 2 HPO 4 (pH=8). Bu holda tuz zaif kislota rolini o'ynaydi.
Aminokislota va oqsil bufer eritmalari.
Harakat mexanizmi.
Bufer eritmalarning ta'siri bufer ionlari yoki molekulalari kuchsiz elektrolitlar hosil qilish uchun ularga kiritilgan kislotalar yoki ishqorlarning H + yoki OH - ionlarini bog'lashiga asoslanadi. Masalan, CH 3 COOH + CH 3 COONa asetat bufer eritmasiga xlorid kislota qo'shilsa, reaktsiya sodir bo'ladi:
CH 3 COONa + HCl = CH 3 COOH + NaCl
CH 3 COO - + H + = CH 3 COOH
CH 3 COO - xlorid kislotaning H + kationlari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi ionlar sirka kislotasi molekulalarini hosil qiladi; H + eritmada to'planmaydi, shuning uchun ularning konsentratsiyasi deyarli o'zgarmaydi va shuning uchun eritmaning pH qiymati o'zgarmaydi.
Ishqor (masalan, NaOH) asetat bufer eritmasiga qo'shilsa, quyidagi reaksiya sodir bo'ladi:
CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O
CH 3 COOH + OH - = CH 3 COO - + H 2 O
Sirka kislotaning H + kationlari OH - ishqor ionlari bilan birikib suv hosil qiladi. Kislota konsentratsiyasi pasayadi. Sarflangan H + kationlari o'rniga sirka kislotasi CH 3 COOH dissotsiatsiyasi natijasida H + kationlari yana paydo bo'ladi va ularning oldingi konsentratsiyasi tiklanadi va eritmaning pH qiymati o'zgarmaydi.
Bufer sig'imi.
Har qanday bufer eritmasi ma'lum miqdorda kislota yoki gidroksidi qo'shilmaguncha, pH ni amalda doimiy ravishda ushlab turadi, ya'ni u ma'lum bir bufer sig'imi.
Bufer sig'imi - bu 1 litr bufer eritmasiga qo'shilishi mumkin bo'lgan kuchli kislota yoki ishqorning chegaraviy miqdori (mol), uning pH birdan ko'p bo'lmagan o'zgarishi.
Tayyorgarlik.
Agar bir komponentning konsentratsiyasi ikkinchisining kontsentratsiyasidan 10 marta yoki undan ortiq farq qilsa, bufer xossalari juda zaifdir. Shuning uchun bufer eritmalar ko'pincha ikkala komponentning teng konsentratsiyali eritmalarini aralashtirish yoki bir komponentning eritmasiga tegishli miqdordagi reaktivni qo'shish orqali tayyorlanadi, bu esa konjugat shaklining teng konsentratsiyasini hosil qiladi.
Ammiak bufer aralashmasini tayyorlash uchun massa ulushi 10% bo'lgan 100 ml NH 4 Cl eritmasi va massa ulushi 10% bo'lgan 100 ml NH 4 OH eritmasini aralashtiramiz va hosil bo'lgan aralashmani distillangan suv bilan 1 litrgacha suyultiramiz.
Ilova.
Bufer eritmalari kimyoviy tahlil va biokimyoviy tahlilda reaksiyalar jarayonida muhitning ma'lum pH qiymatini yaratish va saqlash uchun keng qo'llaniladi.
Masalan, Ba 2+ ionlari Ca 2+ ionlaridan asetat bufer eritmasi ishtirokida dixromat ionlari Cr 2 O 7 2- bilan cho’ktirish yo’li bilan ajratiladi; Trilon B yordamida ko'plab metall kationlarini kompleksometriya yordamida aniqlashda ammiak bufer eritmasi qo'llaniladi.
Bufer eritmalar biologik suyuqliklar va to'qimalarning doimiyligini ta'minlaydi. Tanadagi asosiy bufer tizimlari gidrokarbonat, gemoglobin, fosfat va oqsildir. Bundan tashqari, barcha bufer tizimlarining harakati o'zaro bog'liq. Tashqaridan keladigan yoki metabolik jarayonda hosil bo'lgan vodorod ionlari bufer tizimlarning tarkibiy qismlaridan biri bilan bog'lanadi. Biroq, ba'zi kasalliklar bilan qonning pH qiymatining o'zgarishi mumkin. Qonning pH qiymatining normal pH qiymati 7,4 dan kislotali hududga siljishi deyiladi atsidoz, ishqoriy mintaqaga - alkaloz. Asidoz diabetes mellitusning og'ir shakllarida, uzoq muddatli jismoniy mehnat va yallig'lanish jarayonlarida yuzaga keladi. Alkaloz og'ir buyrak yoki jigar etishmovchiligi yoki nafas olish etishmovchiligi holatlarida paydo bo'lishi mumkin.
6-bob. PROTOLITIK BUFER TIZIMLARI
6-bob. PROTOLITIK BUFER TIZIMLARI
Moddalar tizimining kimyoviy muvozanat holatiga ta'sir qilishi mumkin bo'lgan har qanday omilning o'zgarishi unda sodir bo'layotgan o'zgarishlarga qarshi turishga intiladigan reaktsiyani keltirib chiqaradi.
A. Le Shatelier
6.1. BUFER TIZIMLARI. BUFER TIZIMLAR NAZARIYASINING TA’RIFI VA UMUMIY QOIDALARI. BUFER TIZIMLARNING TASNIFI
Protolitik gomeostazni qo'llab-quvvatlovchi tizimlar nafaqat fiziologik mexanizmlarni (o'pka va buyraklarning kompensatsiyasi), balki fizik-kimyoviy bufer ta'sirini, ion almashinuvi va diffuziyani ham o'z ichiga oladi. Kislota-ishqor muvozanatini ma'lum darajada ushlab turish molekulyar darajada bufer tizimlar ta'sirida ta'minlanadi.
Protolitik bufer tizimlari kislotalar va ishqorlarni qo'shganda ham, suyultirishda ham doimiy pH qiymatini saqlaydigan eritmalardir.
Ayrim eritmalarning vodorod ionlarining doimiy konsentratsiyasini saqlab turish qobiliyati deyiladi bufer harakati, protolitik gomeostazning asosiy mexanizmi hisoblanadi. Buferlar kuchsiz asos yoki kuchsiz kislota va ularning tuzi aralashmasidir. Bufer eritmalarda asosiy "faol" komponentlar, Bronsted nazariyasiga ko'ra, proton donor va qabul qiluvchi yoki Lyuis nazariyasiga ko'ra, kislota-asos juftligini ifodalovchi elektron juft donor va qabul qiluvchi hisoblanadi.
Bufer tizimining kuchsiz elektrolitlari kislotalar yoki asoslar sinfiga tegishli ekanligiga va zaryadlangan zarrachalar turiga ko'ra ular uch turga bo'linadi: kislotali, asosli va amfolitik. Bir yoki bir nechta bufer tizimni o'z ichiga olgan eritma bufer eritma deb ataladi. Bufer eritmalarini ikki usulda tayyorlash mumkin:
Kuchsiz elektrolitni kuchli elektrolit bilan qisman neytrallash:
Kuchsiz elektrolitlar eritmalarini ularning tuzlari (yoki ikkita tuzi) bilan aralashtirish orqali: CH 3 COOH va CH 3 COONa; NH 3 va NH 4 Cl; NaH2PO4
va Na 2 HPO 4.
Eritmalarda yangi sifatning paydo bo'lishining sababi - buferlash harakati - bir nechta protolitik muvozanatlarning kombinatsiyasi:
Konjugatsiyalangan kislota-asos juftlari B/BH+ va A - /HA bufer sistemalar deyiladi.
Le Chatelier printsipiga ko'ra, eritmaga kuchsiz kislota HB + H 2 O ↔ H 3 O + + B - kuchli kislota yoki anion B bo'lgan tuz qo'shilsa, ionlanish jarayoni sodir bo'lib, muvozanatni chapga siljitadi ( umumiy ion effekti) B - + H 2 O ↔ HB + OH - va ishqor qo'shilishi (OH -) - o'ngga, chunki neytrallanish reaktsiyasi tufayli gidroniy ionlarining konsentratsiyasi kamayadi.
Ikkita ajratilgan muvozanatni (kislota ionlanishi va anion gidrolizini) birlashtirganda, ularda bir xil tashqi omillar ta'sirida (gidrniy va gidroksid ionlarini qo'shish) sodir bo'ladigan jarayonlar boshqacha yo'naltirilganligi ma'lum bo'ladi. Bundan tashqari, qo'shma reaktsiyalarning har birining mahsulotidan birining konsentratsiyasi boshqa reaktsiyaning muvozanat holatiga ta'sir qiladi.
Protolitik bufer tizimi ionlanish va gidroliz jarayonlarining birlashgan muvozanatidir.
Bufer tizim tenglamasi bufer eritmasining pH ning bufer tizimining tarkibiga bog'liqligini ifodalaydi:
Tenglamani tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, bufer eritmasining pH qiymati bufer tizimini tashkil etuvchi moddalarning tabiatiga, komponentlar kontsentratsiyasining nisbati va haroratga bog'liq (chunki pKa qiymati unga bog'liq).
Protolitik nazariyaga ko'ra, kislotalar, asoslar va amfolitlar protolitlardir.
6.2. BUFER TIZIMLARNING TURLARI
Kislota tipidagi bufer tizimlari
Kislotali tampon tizimlari zaif kislota HB (proton donor) va uning tuzi B - (proton qabul qiluvchi) aralashmasidir. Ular odatda kislotali muhitga ega (pH<7).
Gidrokarbonat tampon tizimi (bufer zonasi pH 5,4-7,4) - kuchsiz karbonat kislota H 2 CO 3 (proton donor) va uning tuzi HCO 3 aralashmasi - (proton qabul qiluvchi).
Vodorod fosfat tampon tizimi (bufer zonasi pH 6,2-8,2) - zaif kislota H 2 PO 4 aralashmasi - (proton donor) va uning tuzi HPO 4 2- (proton qabul qiluvchi).
Gemoglobin bufer tizimi ikkita kuchsiz kislotalar (proton donorlari) - gemoglobin HHb va oksigemoglobin HHbO 2 va ularning konjugat zaif asoslari (proton qabul qiluvchilar) - gemoglobinat - Hb - va oksigemoglobinat anionlari HbO 2 bilan ifodalanadi.
Asosiy turdagi bufer tizimlari
Asosiy bufer tizimlari zaif asos (proton qabul qiluvchi) va uning tuzi (proton donori) aralashmasidir. Ular odatda ishqoriy muhitga ega (pH >7).
Ammiak bufer tizimi: zaif asos NH 3 H 2 O (proton qabul qiluvchi) va uning tuzi - kuchli elektrolit NH 4 + (proton donori) aralashmasi. pH 8,2-10,2 da tampon zonasi.
Amfolit tipidagi bufer tizimlari
Amfolitik tampon tizimlari ikki tuz aralashmasidan yoki kuchsiz kislota va kuchsiz asosning tuzidan iborat, masalan, CH 3 COONH 4, bunda CH 3 COO - zaif asosiy xususiyatlarni namoyon qiladi - proton qabul qiluvchi va NH 4 + - a zaif kislota - proton donori. Amfolit tipidagi biologik ahamiyatga ega bufer tizimi oqsil bufer tizimi - (NH 3 +) m -Prot-(CH 3 COO -) n.
Bufer tizimlarini bir xil nomdagi ionlarga ega bo'lgan kuchsiz va kuchli elektrolitlar aralashmasi deb hisoblash mumkin (umumiy ion effekti). Masalan, asetat bufer eritmasida asetat ionlari, gidrokarbonat eritmasida esa karbonat ionlari mavjud.
6.3. BUFER ERITMALARNING TA'SIR MEXANIZMASI VA BU ERITMALARDA PH NI ANIQLASH. JINSIYSON-HASSELBAX TENGLAMASI
CH 3 COO - /CH 3 COOH asetat bufer tizimi misolida kislota tipidagi bufer eritmalarning ta'sir qilish mexanizmini ko'rib chiqamiz, uning ta'siri kislota-ishqor muvozanati CH 3 COOH ↔ H + + CH ga asoslangan. 3 COO - (K I = 1,75 10 - 5). Asetat ionlarining asosiy manbai kuchli elektrolit CH 3 COONa hisoblanadi. Kuchli kislota qo'shilganda, konjugat asos CH 3 COO - qo'shilgan vodorod kationlarini bog'laydi, zaif kislotaga aylanadi: CH 3 COO - + + H + ↔ CH 3 COOH (kislota-asos muvozanati chapga siljiydi). CH 3 COO konsentratsiyasining pasayishi - kuchsiz kislota kontsentratsiyasining ortishi bilan muvozanatlanadi va gidroliz jarayonini ko'rsatadi. Ostvaldning suyultirish qonuniga ko'ra, kislota konsentratsiyasining oshishi uning elektrolitik dissotsilanish darajasini biroz pasaytiradi va kislota amalda ionlanmaydi. Binobarin, sistemada: C ga ortadi, C ga va a kamayadi, - const, C dan /C gacha ortadi, bu erda C to kislota konsentratsiyasi, C tuz konsentratsiyasi, a elektrolitik dissotsilanish darajasi.
Ishqor qo'shilganda, sirka kislotasining vodorod kationlari ajralib chiqadi va qo'shilgan OH - ionlari bilan neytrallanadi, suv molekulalari bilan bog'lanadi: CH 3 COOH + OH - → CH 3 COO - + H 2 O
(kislota-baz muvozanati o'ngga siljiydi). Binobarin, C k ortadi, C c va a kamayadi, - const, C k / C c kamayadi.
Asosiy va amfolit tipidagi bufer tizimlarining ta'sir qilish mexanizmi o'xshash. Eritmaning bufer ta'siri qo'shilgan H + va OH - ionlarining bufer komponentlari bilan bog'lanishi va kam dissotsiatsiyalanuvchi moddalar hosil bo'lishi tufayli kislota-ishqor balansining siljishi bilan bog'liq.
Kislota qo'shganda oqsil bufer eritmasining ta'sir qilish mexanizmi: (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + nH+ ↔ (NH 3 +) m -Prot-(COOH) n, ishqor qo'shganda - (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + mOH- ↔ (NH 2) m - Prot-(COO -) n + mH 2 O.
H + va OH ning yuqori konsentratsiyasida - (0,1 mol / l dan ortiq), bufer aralashmasining tarkibiy qismlarining nisbati sezilarli darajada o'zgaradi - C dan / C gacha ko'tariladi yoki kamayadi va pH o'zgarishi mumkin. Bu tomonidan tasdiqlangan Xenderson-Xasselbalx tenglamasi,[H + ], K I, a va C ning /C s ga bog'liqligini belgilaydi. Tenglama
Biz buni kislota tipidagi bufer tizimi misolida - sirka kislotasi va uning tuzi CH 3 COONa aralashmasidan foydalanib olamiz. Bufer eritmasidagi vodorod ionlarining konsentratsiyasi sirka kislotasining ionlanish konstantasi bilan aniqlanadi:
Tenglama shuni ko'rsatadiki, vodorod ionlarining konsentratsiyasi to'g'ridan-to'g'ri KI, a, kislota konsentratsiyasi Ck va teskari Cc va C ga / Cc nisbatiga bog'liq. Tenglamaning ikkala tomonining logarifmini olib, minus belgisi bilan logarifmni olib, biz tenglamani logarifmik shaklda olamiz:
Asosiy va amfolitik tipdagi bufer sistemalar uchun Henderson-Hasselbax tenglamasi kislota tipidagi bufer sistemalar uchun tenglamani olish misolida olingan.
Bufer tizimining asosiy turi uchun, masalan, ammiak uchun, eritmadagi vodorod kationlarining kontsentratsiyasini konjugat kislotaning kislota-ishqor muvozanat konstantasi asosida hisoblash mumkin.
N.H. 4 + :
Asosiy turdagi bufer tizimlari uchun Henderson-Hasselbach tenglamasi:
Bu tenglamani quyidagicha ifodalash mumkin:
Fosfat bufer tizimi uchun HPO 4 2- /H 2 PO 4 - pH ni tenglama yordamida hisoblash mumkin:
bu yerda pK 2 ikkinchi bosqichda ortofosfor kislotasining dissotsilanish konstantasi.
6.4. BUFER ERITMALARINING QUVVATLIGI VA UNING ANIQLASHGAN OMILLARI
Eritmalarning doimiy pH qiymatini saqlab turish qobiliyati cheksiz emas. Bufer aralashmalarni bufer eritmasiga kiritilgan kislotalar va asoslar ta'siriga qarshilik kuchi bilan farqlash mumkin.
1 litr bufer eritmasiga uning pH qiymati bir marta o'zgarishi uchun qo'shilishi kerak bo'lgan kislota yoki ishqor miqdori bufer sig'imi deyiladi.
Shunday qilib, bufer sig'imi eritmaning bufer ta'sirining miqdoriy o'lchovidir. Bufer eritmasi kislota yoki asosning pH = pK da maksimal bufer sig'imiga ega bo'lib, uning tarkibiy qismlari nisbati birlikka teng bo'lgan aralashma hosil qiladi. Bufer aralashmasining dastlabki konsentratsiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, uning bufer sig'imi shunchalik yuqori bo'ladi. Bufer sig'imi bufer eritmasining tarkibiga, konsentratsiyaga va komponentlarning nisbatiga bog'liq.
To'g'ri bufer tizimini tanlash imkoniyatiga ega bo'lishingiz kerak. Tanlov kerakli pH diapazoni bilan belgilanadi. Bufer ta'sir zonasi kislota (asos) ±1 birlik kuchi bilan belgilanadi.
Bufer aralashmasini tanlashda uning tarkibiy qismlarining kimyoviy xususiyatini hisobga olish kerak, chunki eritma tarkibidagi moddalar
bufer tizimi, erimaydigan birikmalar hosil qilishi va bufer tizimining tarkibiy qismlari bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin.
6.5. QONNI BUFERLASH TIZIMLARI
Qon 4 ta asosiy bufer tizimini o'z ichiga oladi.
1. Gidrokarbonat. U quvvatning 50% ni tashkil qiladi. U asosan plazmada ishlaydi va CO 2 tashishda markaziy rol o'ynaydi.
2. Protein. U quvvatning 7% ni tashkil qiladi.
3. Gemoglobin, u quvvatning 35% ni tashkil qiladi. U gemoglobin va oksigemoglobin bilan ifodalanadi.
4. Gidrofosfat bufer tizimi - 5% sig'im. Gidrokarbonat va gemoglobin bufer tizimlari bajaradi
CO 2 ni tashish va pH ni o'rnatishda markaziy va juda muhim rol o'ynaydi. Qon plazmasi pH 7,4. CO 2 qonga chiqarilgan hujayra metabolizmining mahsulotidir. Membrana orqali qizil qon hujayralariga tarqaladi, u erda suv bilan reaksiyaga kirishib, H 2 CO 3 hosil qiladi. Nisbat 7 ga o'rnatiladi va pH 7,25 bo'ladi. Kislotalik kuchayadi va quyidagi reaktsiyalar sodir bo'ladi:
Olingan HCO 3 - membrana orqali chiqadi va qon oqimi bilan olib tashlanadi. Qon plazmasida pH 7,4 ni tashkil qiladi. Venoz qon o'pkaga qaytsa, gemoglobin kislorod bilan reaksiyaga kirishib, kuchliroq kislota bo'lgan oksigemoglobinni hosil qiladi: HHb + + O 2 ↔ HHbO 2. PH pasayadi, kuchliroq kislota hosil bo'lganda, reaktsiya sodir bo'ladi: HHbO 2 + HCO 3 - ↔ HbO 2 - + H 2 CO 3. Keyin CO 2 atmosferaga chiqariladi. Bu CO 2 va O 2 ni tashish mexanizmlaridan biridir.
CO 2 ning hidratsiyasi va suvsizlanishi qizil qon hujayralarida joylashgan karbonat angidraz fermenti tomonidan katalizlanadi.
Bazalar ham qon buferi bilan bog'lanadi va siydik bilan, asosan, bir va ikki asosli fosfatlar shaklida chiqariladi.
Klinikalarda har doim zaxira qonning ishqoriyligi aniqlanadi.
6.6. DARS VA IMTIHONLARGA TAYYORLANGANINGIZNI O'Z-O'ZI SINASH UCHUN SAVOL VA MASHQLAR
1. Qaysi protolitik muvozanatlarni birlashtirganda eritmalar buferlash xususiyatiga ega bo'ladi?
2.Bufer tizimlari va bufer harakati haqida tushuncha bering. Buferlash harakatining kimyosi qanday?
3. Bufer eritmalarning asosiy turlari. Ularning buferlash ta'siri mexanizmi va bufer tizimlarida pH ni aniqlaydigan Henderson-Hasselbax tenglamasi.
4.Organizmning asosiy bufer tizimlari va ularning munosabatlari. Bufer tizimlarining pH darajasi nimaga bog'liq?
5.Bufer sistemaning bufer sig’imi nima deb ataladi? Qaysi qon bufer tizimi eng katta imkoniyatlarga ega?
6. Bufer eritmalarni olish usullari.
7. Tibbiy va biologik tadqiqotlar uchun bufer eritmalarni tanlash.
8. Qonda vodorod ionlarining konsentratsiyasi 1.2.10 -7 mol/l boʻlsa bemorda atsidoz yoki alkaloz kuzatiladimi, aniqlang?
6.7. TEST TOPSHIQLARI
1. Taklif etilayotgan tizimlardan qaysi biri bufer tizim hisoblanadi?
a) HCl va NaCl;
b)H 2 SO 4 va NaHSO 4;
c) H 2 CO 3 va NaHCO 3;
d) HNO 3 va NaNO 3;
e) HClO 4 va NaClO 4.
2. Taklif etilayotgan bufer tizimlaridan qaysi biri uchun pH = pK hisoblash formulasi mos keladi?
a) 0,1 M eritma NaH 2 PO 4 va 0,1 M eritma Na 2 HPO 4;
b) H 2 CO 3 ning 0,2 M eritmasi va NaHCO 3 ning 0,3 M eritmasi;
v) 0,4 M eritma NH 4 OH va 0,3 M eritma NH 4 Cl;
d) 0,5 M CH 3 COOH eritmasi va 0,8 M CH 3 COONa eritmasi;
e) 0,4 M NaHCO eritmasi 3 va 0,2 M eritmasi H 2 CO 3.
3. Taklif etilayotgan bufer tizimlardan qaysi biri bikarbonatli bufer sistemasi hisoblanadi?
a) NH 4 OH va NH 4 Cl;
b) H 2 CO 3 va KNSO 3;
c) NaH 2 PO 4 va Na 2 HPO 4;
d) CH 3 COOH va CH 3 COOK;
e) K 2 HPO 4 va KN 2 PO 4.
4. Qaysi sharoitlarda bufer sistemaning pH qiymati pK k ga teng?
a) kislota va uning tuzining konsentratsiyalari teng bo'lganda;
b) kislota va uning tuzi kontsentratsiyasi teng bo'lmaganda;
v) kislota va uning tuzi hajmlarining nisbati 0,5 ga teng bo'lganda;
d) bir xil konsentratsiyalarda kislota va uning tuzi hajmlarining nisbati teng bo'lmaganda;
e) kislota konsentratsiyasi tuz konsentratsiyasidan 2 marta ko'p bo'lganda.
5. Taklif etilgan formulalardan qaysi biri CH 3 COOH va CH tizimi uchun [H+] ni hisoblash uchun mos keladi 3 SOOK?
6. Quyidagi aralashmalardan qaysi biri tananing bufer tizimiga kiradi?
a) HCl va NaCl;
b) H 2 S va NaHS;
v) NH 4 OH va NH 4 Cl;
d)H 2 CO 3 va NaHCO 3;
e)Ba(OH)2 va BaOHCl.
7. Protein buferi kislota-asosli bufer tizimining qanday turi hisoblanadi?
a) kuchsiz kislota va uning anioni;
v) 2 kislota tuzining anionlari;
e) amfolitlarning ionlari va molekulalari.
8. Ammiak buferi kislota-asosli bufer tizimining qanday turi hisoblanadi?
a) kuchsiz kislota va uning anioni;
b) kislotali va o'rta tuzlarning anionlari;
v) 2 kislota tuzining anionlari;
d) kuchsiz asos va uning kationi;
e) amfolitlarning ionlari va molekulalari.
9. Fosfat buferi kislota-asosli bufer tizimining qanday turi hisoblanadi?
a) kuchsiz kislota va uning anioni;
b) kislotali va o'rta tuzlarning anionlari;
v) 2 kislota tuzining anionlari;
d) kuchsiz asos va uning kationi;
e) amfolitlarning ionlari va molekulalari.
10. Protein bufer tizimi qachon bufer emas?
a) izoelektrik nuqtada;
b) ishqor qo'shganda;
v) kislota qo'shganda;
d) neytral muhitda.
11. Taklif etilgan formulalardan qaysi biri [OH - ] sistemasini hisoblash uchun mos keladi: NH 4 OH va NH 4 Cl?
Umumiy kimyo: darslik / A. V. Jolnin; tomonidan tahrirlangan V. A. Popkova, A. V. Jolnina. - 2012. - 400 b.: kasal.
