Caratteristiche, preparazione ed esempi delle soluzioni tampone

il soluzioni tampone o buffer sono quelli che possono ridurre i cambiamenti di pH dovuti agli ioni H₃O⁺ e OH^-. In assenza di questi, alcuni sistemi (come quelli fisiologici) sono interessati, in quanto i loro componenti sono molto sensibili ai cambiamenti improvvisi del pH.

Proprio come gli ammortizzatori delle automobili riducono l'impatto causato dal loro movimento, i respingenti fanno lo stesso, ma con l'acidità o la basicità della soluzione. Inoltre, le soluzioni tampone stabiliscono uno specifico intervallo di pH entro il quale sono efficienti.

A seconda di questi intervalli, vengono scelti quelli che attenuano i valori di pH che meritano il mezzo. Ad esempio, se è richiesto il mezzo di una reazione che produce ioni H₃O⁺ mantenere un pH vicino a 6, cercare un buffer che abbia questo valore nel suo intervallo di maggiore efficienza.

Altrimenti, ioni H₃O⁺ acidificare la soluzione (il pH scende a valori inferiori a 6), con conseguente possibile alterazione nell'esecuzione della reazione. Lo stesso esempio può essere applicato per valori di pH di base, cioè superiori a 7.

indice

• 1 caratteristiche
  • 1.1 Composizione
  • 1.2 Neutralizza sia gli acidi che le basi
  • 1.3 Efficienza
• 2 Preparazione
• 3 esempi
• 4 riferimenti

lineamenti

composizione

In sostanza sono composti da un acido (HA) o una base debole (B) e sali della sua base o acido coniugati. Di conseguenza, ci sono due tipi: tamponi acidi e tamponi alcalini.

I buffer di acido corrispondono alla coppia HA / A^-, dove A^- è la base coniugata di HA acido debole e interagisce con gli ioni, come Na⁺- formare sali di sodio. In questo modo, la coppia rimane come HA / NaA, sebbene possa essere anche potassio o sali di calcio.

Derivato dal debole acido HA, attenua gli intervalli di pH acido (meno di 7) secondo la seguente equazione:

HA + OH^- => A^- + H₂O

Tuttavia, essendo un acido debole, la sua base coniugata è parzialmente idrolizzata per rigenerare una parte dell'HA consumato:

la^- + H₂O <=> HA + OH^-

D'altra parte, i tamponi alcalini sono costituiti dalla coppia B / HB⁺, dove HB⁺ è l'acido coniugato della base debole. Generalmente, HB⁺ forma sali con ioni cloruro, lasciando la coppia come B / HBCl. Questi buffer bufferano intervalli di pH di base (superiori a 7):

B + H₃O⁺ => HB⁺ + H₂O

E, ancora, HB⁺ può parzialmente idrolizzare per rigenerare parte di B consumato:

HB⁺ + H₂O <=> B + H₃O⁺

Neutralizza sia gli acidi che le basi

Sebbene i tamponi acidi tamponino gli acidi pH e i tamponi alcalini basici, entrambi possono reagire con gli ioni H₃O⁺ e OH^- attraverso queste serie di equazioni chimiche:

la^- + H₃O⁺ => HA + H₂O

HB⁺ + OH^- => B + H₂O

Quindi, nel caso della coppia HA / A^-, L'HA reagisce con gli ioni OH^-, mentre A^- -la tua base coniugata- reagisce con la H₃O⁺. Per quanto riguarda la coppia B / HB⁺, B reagisce con gli ioni H₃O⁺, mentre HB⁺ -il loro acido coniugato- con OH^-.

Ciò consente a entrambe le soluzioni tampone di neutralizzare sia le specie acide che quelle basiche. Il risultato di quanto sopra contro, per esempio, l'aggiunta costante di moli OH^-, è la diminuzione della variazione del pH (ΔpH):

L'immagine in alto mostra il buffering del pH contro una base forte (donatore di OH)^-).

Inizialmente il pH è acido a causa della presenza di HA. Quando viene aggiunta la base forte, si formano le prime moli di A^- e il buffer inizia ad avere effetto.

Tuttavia, vi è un'area della curva in cui la pendenza è meno ripida; cioè, dove lo smorzamento è più efficiente (cornice bluastra).

efficienza

Esistono diversi modi per comprendere il concetto di efficienza del buffer. Uno di questi è determinare la derivata seconda della curva di pH rispetto al volume di base, eliminando V per il valore minimo, che è Veq / 2.

Veq è il volume nel punto di equivalenza; Questo è il volume di base necessario per neutralizzare tutto l'acido.

Un altro modo per capirlo è attraverso la famosa equazione di Henderson-Hasselbalch:

pH = pK_a + log ([B] / [A])

Qui B indica la base, A l'acido e pK_a è il logaritmo più basso della costante di acidità. Questa equazione si applica sia alla specie acida HA, sia all'acido coniugato HB⁺.

Se [A] è molto grande rispetto a [B], il log () assume un valore molto negativo, che viene sottratto da pK_a. Se invece [A] è molto piccolo rispetto a [B], il valore di log () assume un valore molto positivo, che si aggiunge a pK_a. Tuttavia, quando [A] = [B], log () è 0 e pH = pK_a.

Cosa significa tutto quanto sopra? Che l'ΔpH sarà più grande negli estremi considerati per l'equazione, mentre sarà più piccolo con un pH uguale a pK_a; e come il pK_a è caratteristica di ciascun acido, questo valore determina il rango pK_a±1.

I valori di pH all'interno di questo intervallo sono quelli in cui il buffer è più efficiente.

preparazione

Per preparare una soluzione tampone è necessario tenere presente i seguenti passaggi:

- Conoscere il pH richiesto e, quindi, quello che si desidera mantenere il più costante possibile durante la reazione o il processo.

- Conoscendo il pH, cerchiamo tutti gli acidi deboli, quelli il cui pK_a avvicinarsi a questo valore.

- Una volta scelta la specie HA e calcolata la concentrazione del tampone (a seconda di quanto base o acido è necessario neutralizzare), viene pesata la quantità necessaria del suo sale di sodio.

Esempi

L'acido acetico ha un pK_a di 4,75, CH₃COOH; Pertanto, una miscela di determinate quantità di questo acido e acetato di sodio, CH₃COONa, forma un tampone che assorbe in modo efficiente nell'intervallo di pH (3,75-5,75).

Altri esempi di acidi monoprotici sono gli acidi benzoici (C₆H₅COOH) e formico (HCOOH). Per ognuno di questi i suoi valori di pK_a sono 4,18 e 3,68; pertanto, i loro intervalli di pH di buffering superiore sono (3.18-5.18) e (2.68-4.68).

D'altra parte, gli acidi polipropilici come fosforico (H₃PO₄) e carbonio (H₂CO₃) hanno così tanti valori di pK_a come i protoni possono rilasciare. Quindi, la H₃PO₄ ha tre pK_a (2.12, 7.21 e 12.67) e la H₂CO₃ ne ha due (6.352 e 10.329).

Se si desidera mantenere un pH di 3 in una soluzione, è possibile scegliere tra il buffer HCOONa / HCOOH (pK_a= 3,68) e NaH₂PO₄/ H₃PO₄ (pK_a= 2,12).

Il primo tampone, quello dell'acido formico, è più vicino a pH 3 rispetto al tampone dell'acido fosforico; pertanto, HCOONa / HCOOH si attenua meglio a pH 3 rispetto a NaH₂PO₄/ H₃PO₄.

riferimenti

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7. Quimicas.net (2018). Esempi di soluzioni tampone, tampone o tampone. Estratto il 9 maggio 2018 da: quimicas.net