Jeden roztwór buforowy jest mieszaniną stosowaną do zapobiegania zmianom pH lub pOH podłoża po dodaniu mocnych kwasów lub mocnych zasad.
Istnieją dwa rodzaje roztworu buforowego:
1. Mieszanina słabego kwasu z jego sprzężoną zasadą;
2. Mieszanina słabej zasady z jej sprzężonym kwasem.
Spójrzmy na przykłady każdego z nich i jak działają, gdy do podłoża zostanie dodana niewielka ilość mocnego kwasu lub zasady:
1. Mieszanina słabego kwasu z jego sprzężoną zasadą:
Aby utworzyć taki roztwór, słaby kwas miesza się z solą tego samego anionu co kwas.
Rozważmy na przykład roztwór buforowy składający się z kwasu octowego (H3CCOOH(tutaj)) i octan sodu (H3CCONa(y)). Zobacz, że oba mają anion octanowy: (H3CCOO-(tutaj)). Stężenie tych jonów jest praktycznie spowodowane dysocjacją soli, która jest duża. Jonizacja kwasowa jest niewielka.
Teraz zauważ, co dzieje się w następujących możliwościach dodawania:
- Dodanie niewielkiej ilości mocnego kwasu:
Dodatek mocnego kwasu zwiększa stężenie jonu hydroniowego H3O+1, a ponieważ kwas octowy jest słabym kwasem, anion octanowy ma wysokie powinowactwo do protonu (H
+) hydronium. W ten sposób reagują i powstaje więcej kwasu octowego:
W rezultacie pH podłoża praktycznie się nie zmienia. Jeśli jednak doda się coraz więcej mocnego kwasu, nadejdzie czas, w którym cały anion octanowy zostanie zużyty i efekt buforowania ustanie.
- Dodatek niewielkiej ilości mocnej bazy:
Dodatek mocnej zasady zwiększa stężenie jonów OH-. Ale te jony są neutralizowane przez jony H3O+1 uwalniany w jonizacji kwasu octowego:
W tej reakcji stężenie jonów H3O+1(tutaj) zmniejszy się i nastąpi przesunięcie równowagi w sensie zwiększenia jonizacji kwasu, a zatem zmiana pH roztworu będzie bardzo mała. Stężenie jonów H3O+1(tutaj) będzie praktycznie stała.
W tym przypadku istnieje również limit pojemności. Dlatego jeśli dodamy coraz więcej zasady, równowaga jonizacji kwasu będzie przesuwała się coraz bardziej w kierunku jego jonizacji, aż cały kwas zostanie zużyty.
2. Mieszanina słabej zasady z jej sprzężonym kwasem:
Ten rodzaj roztworu buforowego składa się ze słabej zasady i roztworu soli, które zawierają ten sam kation co zasada.
Rozważmy na przykład roztwór buforowy utworzony przez wodorotlenek magnezu, MgOH2(aq) (słaba zasada) i chlorek magnezu, MgCl2(s) (Sól). Oba zawierają kation magnezu (Mg2+(tutaj)). Jony magnezu obecne w pożywce praktycznie wszystkie pochodzą z dysocjacji soli, ponieważ dysocjacja zasady jest słaba:
- Dodanie niewielkiej ilości mocnego kwasu:
W tym przypadku jony H3O+1 pochodzące z dodania mocnego kwasu zostaną zneutralizowane przez jony OH-, pochodzące z dysocjacji słabej podstawy. To przesunie równowagę dysocjacji podstawy w prawo.
Zatem zmienność pH (jeśli występuje) będzie bardzo mała, ponieważ stężenie jonów OH- pozostaje stała. Efekt buforowania ustanie, gdy cała baza zostanie zdysocjowana.
- Dodatek niewielkiej ilości mocnej bazy:
Dodana mocna zasada ulega dysocjacji uwalniając jony OH-. Ponieważ wodorotlenek magnezu jest słabą zasadą, magnez uwolniony podczas dysocjacji z soli będzie miał większą tendencję do reagowania z OH-:
Dlatego wzrost jonów OH- jest kompensowany przez proporcjonalny wzrost Mg(OH)2(aq). Dzięki temu pH nie ulega większym zmianom.
Efekt ten kończy się, gdy cały kation magnezu zostanie zużyty.
Jennifer Fogaça
Absolwent chemii
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-que-uma-solucao-tampao.htm
