Co to jest roztwór buforowy? Korzystanie z roztworu buforowego

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 kierunku zwiększenia jonizacji kwasu, a zatem zmiany pH roztworu będą bardzo małe. Stężenie jonów H₃O⁺¹_(tutaj) będzie praktycznie stała.

Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

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, MgOH_2(aq) (słaba zasada) i chlorek magnezu, MgCl_2(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

Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Co to jest roztwór buforowy?”; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-que-uma-solucao-tampao.htm. Dostęp 28 czerwca 2021 r.

Rozwiązanie

Rozwiązanie, stałe rozwiązanie. Roztwór ciekły, roztwór gazowy, roztwory utworzone przez gaz i ciecz, roztwory utworzone przez ciecze.