완충액 또는 버퍼로 인해 pH가 변화를 줄일 수있는 것들이다 이온 H 3 O + 과 OH - . 이러한 요소가 없으면 일부 시스템 (예 : 생리 학적 시스템)은 구성 요소가 pH의 갑작스러운 변화에 매우 민감하기 때문에 손상을 입습니다.
자동차의 쇽 업소버가 움직임으로 인한 충격을 줄이는 것처럼 완충액도 같은 역할을하지만 용액의 산도 또는 염기도를 사용합니다. 또한 버퍼는 효율적인 특정 pH 범위를 설정합니다.
그렇지 않으면 H 3 O + 이온이 용액 을 산성화하여 (pH가 6 미만의 값으로 떨어짐) 반응 성능이 변경 될 수 있습니다. 동일한 예를 기본 pH 값, 즉 7보다 큰 값에 적용 할 수 있습니다.
형질
구성
이들은 본질적으로 산 (HA) 또는 약염기 (B)와 결합 된 염기 또는 산의 염으로 구성됩니다. 결과적으로 산 완충액과 알칼리 완충액의 두 가지 유형이 있습니다.
산 버퍼는 HA / A에 해당 - 쌍 A는, - 이온 약산 HA 및 상호 작용의 공액 염기이다 - 예를 NA + - 형태의 나트륨 염을. 이런 식으로 쌍은 칼륨 또는 칼슘 염일 수도 있지만 HA / NaA로 유지됩니다.
약산성 HA에서 파생되며 다음 방정식에 따라 산성 pH 범위 (7 미만)를 완충합니다.
HA + OH - =>은 - + H 2 O
그러나 약산이기 때문에 결합 염기는 부분적으로 가수 분해되어 소비 된 HA의 일부를 재생합니다.
- + H 2 O + OH <=> HA -
반면에 알칼리성 완충액은 B / HB + 쌍 으로 구성되며 HB + 는 약염기의 공액 산입니다. 일반적으로 HB + 는 염화물 이온과 함께 염을 형성하여 쌍을 B / HBCl로 남깁니다. 이 버퍼는 기본 pH 범위를 완충합니다 (7 초과) :
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
또한 HB + 는 부분적으로 가수 분해되어 소비 된 B의 일부를 재생성 할 수 있습니다.
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
그들은 산과 염기를 모두 중화시킵니다.
산성 완충액의 pH가 염기성, 산성 및 알칼리성 완충액 pH 버퍼 동안 모두와 반응 할 수있는 H 3 O + 과 OH - 이온 화학 방정식 이러한 일련 :
- + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
따라서, HA / A의 경우 - 쌍 의 OH와 반응하여 HA에 - 이온 잠시 - 가 H와 반응하여베이스 - 공액 - 그것의 3 O + . ㄴ / HB로서는 + 쌍 의 H와 반응하여 B의 3 O + 이온 반면 HB + - 공액 산 - OH의과 - .
이를 통해 두 버퍼 모두 산성 및 염기성 종을 중화시킬 수 있습니다. 위의 예에서 OH 몰수의 일정한 첨가는, 비교의 결과 - , pH를 변화 (ΔpH)의 감소이다 :
도시 위 이미지 강염기 대하여 pH 완충 (OH - 도너 ).
처음에는 HA의 존재로 인해 pH가 산성입니다. 강염기를 첨가하는 경우, (A)의 제 몰 형성 - 버퍼을 적용하기 시작한다.
그러나 경사가 덜 가파른 곡선 영역이 있습니다. 즉, 댐핑이 더 효율적입니다 (파란색 상자).
능률
감쇠 효율의 개념을 이해하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이들 중 하나는 염기의 부피에 대한 곡선 pH의 2 차 도함수를 결정하고 Veq / 2의 최소값을 구하는 것입니다.
Veq는 등가 점에서의 부피입니다. 이것은 모든 산을 중화시키는 데 필요한 염기의 양입니다.
이를 이해하는 또 다른 방법은 유명한 Henderson-Hasselbalch 방정식을 사용하는 것입니다.
pH = pK a + 로그 (/)
여기서 B는 염기, A는 산, pK a 는 산 상수의 가장 작은 로그를 나타냅니다. 이 방정식은 산성 종 HA와 공액 산 HB + 모두에 적용됩니다 .
에 대해 매우 크면 log ()는 pK a 에서 빼는 매우 음의 값을 취 합니다 . 반면에에 대해 매우 작 으면 log ()의 값은 pK a에 추가되는 매우 양의 값을 취 합니다 . 그러나 = 일 때 log ()는 0이고 pH는 pK a 입니다.
위의 모든 것은 무엇을 의미합니까? ΔpH는 방정식에 대해 고려되는 극단에서 더 클 것이며 pK a 와 동일한 pH에서 최소가 될 것입니다 . 그리고 pK a 가 각 산의 특성 이므로이 값은 범위 pK a ± 1을 결정합니다 .
이 범위 내의 pH 값은 버퍼가 가장 효율적인 값입니다.
예비
완충 용액을 준비하려면 다음 단계를 염두에 두어야합니다.
-필요한 pH를 알고, 따라서 반응 또는 공정 중에 가능한 한 일정하게 유지하려는 pH를 알아야합니다.
-pH를 알면 모든 약산 중에서 pK a 가이 값에 가장 가까운 약산을 찾습니다 .
-HA 종을 선택하고 완충액의 농도를 계산하면 (염기 또는 산이 중화되어야하는 양에 따라 다름) 필요한 양의 나트륨 염을 칭량합니다.
예
아세트산은 약동학가 4.75, CH의 3 COOH를; 따라서 결정된 양의이 산과 아세트산 나트륨의 혼합물 인 CH 3 COONa는 pH 범위 (3.75-5.75)에서 효율적으로 완충하는 완충액을 형성합니다.
monoprotic 카복실산의 다른 예로는 벤조산 (C 6 H 5 COOH) 및 폼산 (HCOOH) 지방산 . 각각의 pK a 값 은 4.18과 3.68이고; 따라서 버퍼링이 가장 높은 pH 범위는 (3.18-5.18) 및 (2.68-4.68)입니다.
또한 인산 (H 3 PO 4 ) 및 탄소 (H 2 CO 3 ) 와 같은 다양성 자산 은 양성자가 방출 될 수 있기 때문에 많은 pK 값 을 갖는다 . 따라서 H 3 PO 4 에는 3 개의 pK a (2.12, 7.21 및 12.67)가 있고 H 2 CO 3 에는 2 개 (6.352 및 10.329)가 있습니다.
용액에서 pH 3을 유지하려면 버퍼 HCOONa / HCOOH (pK a = 3.68)와 NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2.12) 중에서 선택할 수 있습니다 .
포름산의 첫 번째 완충액은 인산 완충액보다 pH 3에 더 가깝습니다. 따라서 HCOONa / HCOOH 완충액은 NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 보다 pH 3에서 더 좋습니다 .
참고 문헌
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5th ed.). PEARSON Prentice Hall, 188-194 쪽.
- Avsar Aras. (2013 년 4 월 20 일). 미니 쇼크. 2018 년 5 월 9 일, commons.wikimedia.org에서 검색 됨
- Wikipedia. (2018). 완충액. 2018 년 5 월 9 일 검색 : en.wikipedia.org
- Assoc. Lubomir Makedonski 교수, PhD. . 버퍼 솔루션. 바르나 의과 대학.
- Chem Collective. 버퍼 튜토리얼. 2018 년 5 월 9 일 검색 : chemcollective.org
- AskIITians. (2018). 완충액. 2018 년 5 월 9 일 검색 : askiitians.com
- Quimicas.net (2018). 버퍼, 버퍼 또는 버퍼 솔루션의 예. 2018 년 5 월 9 일 quimicas.net에서 검색 함