Τύποι ρυθμιστικών διαλυμάτων

Ένα ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα διάλυμα που μπορεί να αντιταχθεί στην αλλαγή του pH κατά τη διαστολή όξινων ή βασικών συστατικών. Τα ρυθμιστικά διαλύματα αποτελούνται από ένα ασθενές οξύ και τη συζευγμένη βάση του ή μια ανίσχυρη βάση και συζευγμένο οξύ. Μπορούν να καταστρέψουν περιορισμένες ποσότητες προστιθέμενων οξέων ή βάσεων, διατηρώντας έτσι το pH του διαλύματος σταθερό. Αυτό είναι σημαντικό για διαδικασίες που απαιτούν σταθερές και σταθερές περιοχές pH. Τα ρυθμιστικά διαλύματα έχουν ένα λειτουργικό pH που φτάνει και περιορίζει την ποσότητα οξέος/βάσης που μπορεί να σκοτωθεί πριν αλλάξει το pH και το άθροισμα με το οποίο θα αλλάξει. Αυτό το άρθρο περιγράφει λύσεις buffer και διάφορους τύπους λύσεων buffer.

Επισκόπηση των λύσεων buffer

Ένα ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα υγρό, διαλυτό διάλυμα που αποτελείται από ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση ή μια ασθενή βάση και το συζυγές οξύ του. Αυτά τα διαλύματα είναι αδιαπέραστα από αλλαγές στο pH που προκαλούνται από την αραίωση ή την προσθήκη περιορισμένων ποσοτήτων οξέος ή διαλυτής βάσης. Όταν προστίθεται μια μικρή ποσότητα οξέος ή βάσης, το pH του ρυθμιστικού διαλύματος μετατοπίζεται ελάχιστα, και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται για να διατηρεί το pH ενός διαλύματος σταθερό. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα έχει την ικανότητα να διατηρεί σταθερή τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου (pH) μόνο με μια ελαφρά αραίωση ή προσθήκη μικροσκοπικής ποσότητας οξέος ή βάσης. Αυτά τα διαλύματα είναι χρήσιμα στη συντήρηση τροφίμων, τη ζύμωση, την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, την εκτύπωση και τη χορήγηση φαρμάκων. Τα ρυθμιστικά διαλύματα βρίσκονται επίσης στο ανθρώπινο σώμα και παίζουν ρόλο στη δραστηριότητα των ενζύμων και στην ικανότητα μεταφοράς οξυγόνου στο αίμα, καθώς αυτές οι λειτουργίες απαιτούν συγκεκριμένες συγκεντρώσεις σωματιδίων υδρογόνου (pH).

Σύνθεση ρυθμιστικού διαλύματος

Για να διατηρηθεί επιτυχώς ένα εύρος pH, ένα ρυθμιστικό διάλυμα θα πρέπει να περιλαμβάνει ένα εύθραυστο συζυγές ζεύγος οξέος-βάσης, που σημαίνει είτε ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση είτε μια ασθενική βάση και το συζυγές οξύ του. Η χρήση οποιουδήποτε από τα δύο θα βασίζεται στο ιδανικό pH κατά τη ρύθμιση του ρυθμιστικού διαλύματος.

Μηχανισμός ρυθμιστικού διαλύματος

Ένα ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα υγρό διάλυμα που περιέχει ένα ισχυρό οξύ και τη συζυγή του βάση ή μια εύθραυστη βάση και το συζυγές οξύ του. Το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος μετά βίας αλλάζει όταν προστίθεται σε αυτό μια μέτρια ποσότητα στερεού οξέος ή βάσης. Τα ρυθμιστικά διαλύματα χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση του pH σε σχεδόν σταθερό επίπεδο σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών ουσιών. Για παράδειγμα, το αίμα στο ανθρώπινο σώμα είναι επίσης ένας τύπος ρυθμιστικού διαλύματος. Σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier, όταν ένα στερεό οξύ (περισσότερο Η+) προστίθεται σε έναν ισορροπημένο συνδυασμό του ασθενούς οξέος και της συζυγούς του βάσης, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τη μία πλευρά. Ως αποτέλεσμα, η εστίαση του σωματιδίου υδρογόνου (Η+) δεν αυξάνεται κατά το ακριβές άθροισμα που αναμένεται για την ποσότητα του στερεού οξέος που προστίθεται. Παρομοίως, με την προϋπόθεση ότι προστίθεται μια στερεή βάση στο μείγμα, η συγκέντρωση σωματιδίων υδρογόνου μειώνεται όχι ακριβώς στο αναμενόμενο άθροισμα για την ποσότητα της βάσης που προστίθεται. Αυτό συμβαίνει επειδή οι κινήσεις απόκρισης προς τη μία πλευρά αναπληρώνουν την ανεπάρκεια του Η+ ως απόκριση στη βάση.

Τύποι Buffer Solutions

Υπάρχουν δύο τύποι ρυθμιστικών διαλυμάτων, τα όξινα και τα αλκαλικά ή βασικά ρυθμιστικά διαλύματα.

Όξινα ρυθμιστικά διαλύματα

Τα όξινα ρυθμιστικά διαλύματα είναι ισομοριακές μετρήσεις ενός ασθενούς οξέος και του άλατος του και μιας στερεής βάσης. Αυτά τα διαλύματα χρησιμοποιούνται για να διατηρήσουν το κλίμα όξινο. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα οξέος παράγεται με την ενοποίηση ενός ανίσχυρου οξέος και του άλατος του με μια στερεή βάση για να σχηματιστεί ένα όξινο pH. Το pH ενός διαλύματος που περιέχει ισοδύναμο μέτρο όξινου οξέος και οξικού οξέος νατρίου είναι 4,74. Επιπλέον, το pH αυτών των υγρών είναι κάτω από επτά. Αυτά τα διαλύματα αποτελούνται από ένα ισχυρό οξύ και το άλας του.

Αλκαλικά ή βασικά ρυθμιστικά διαλύματα

Μια ισχυρή βάση και το άλας της είναι ισομοριακά με ένα στερεό οξύ σε ένα θεμελιώδες ρυθμιστικό διάλυμα. Αυτά τα ρυθμιστικά διαλύματα χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση των βασικών συνθηκών. Για να δημιουργηθεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα βάσης με θεμελιώδες pH, μια εύθραυστη βάση και το άλας της ενώνονται με ένα στερεό οξύ. Ένα υγρό διάλυμα ισοδύναμων ποσοτήτων υδροξειδίου του αμμωνίου και χλωριούχου αμμωνίου έχει pH 9,25. Αυτά τα διαλύματα έχουν pH υψηλότερο από επτά. Περιέχουν μια εύθραυστη βάση και ένα ασθενές αλάτι βάσης.

Συμπέρασμα

Σε πολλές σύγχρονες ουσίες και φυσικές λειτουργίες, είναι σημαντικό να υπάρχει ένα διάλυμα του οποίου η τιμή pH δεν αλλάζει εντελώς όταν προστίθενται μικροί όγκοι στερεών οξέων και στερεών βάσεων. Πολλά υγρά, όπως το αίμα, έχουν σαφείς τιμές pH και οι διακυμάνσεις σε αυτές τις ιδιότητες δείχνουν ότι το σώμα δεν λειτουργεί σωστά. Ο έλεγχος του pH είναι κρίσιμος σε ένα ευρύ φάσμα ουσιών και φυσικών διεργασιών.