Μηχανισμός Buffering Action

Η ικανότητα ενός διαλύματος να αντέχει τις αλλαγές στο pH όταν προστίθεται μια μικρή ποσότητα όξινου διαλύματος ή βάσης ονομάζεται ρυθμιστική δράση. Ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα διάλυμα που περιέχει ίση ποσότητα ασθενούς οξέος και συζυγούς βάσης. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από CH3COOH με CH3COONa μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δείξει πώς λειτουργεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα. Ισοδύναμες μοριακές ποσότητες αιθανοϊκού νατρίου και αιθανοϊκού οξέος μπορούν να αναμιχθούν σε νερό για να παραχθεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα. Η περίσταση στη λύση είναι η εξής:

CH 3 COOH (aq) ↔ CH 3 COO – (aq) + H + (aq)

CH 3 COONa (aq) → CH 3 COO – (aq) + Na + (aq)

Ένα όξινο ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από ένα όξινο διάλυμα όπως το οξικό οξύ και το άλας του νατρίου, το οξικό νάτριο, θα μπορούσε να εξηγήσει τη διαδικασία της δράσης του ρυθμιστικού διαλύματος. Ωστόσο, το οξικό νάτριο εμφανίζεται τόσο ως οξικό όσο και ως ιόντα Na+.

Μηχανισμός

Το αλάτι αποτελείται εξ ολοκλήρου από ιόντα. Ως αποτέλεσμα, το ρυθμιστικό περιλαμβάνει και τα δύο οξέα (CH 3 COOH ) και τη συζυγή βάση (CH 3 COO – ). Κάθε φορά που εισάγεται μια μικρή ποσότητα μόνο ενός οξέος, η συζευγμένη βάση του (CH 3 COO – ) αφαιρεί τα ιόντα υδρογόνου ανάλογα:

H + (aq) + CH 3 COO – (aq) ↔ CH 3 COOH (aq)

Το pH του προκύπτοντος διαλύματος θα παραμείνει σχεδόν σταθερό επειδή το αιθανικό οξύ αποσυντίθεται πολύ ασθενώς και στην κατάσταση CH 3 COOH , δεν προσθέτει κανένα ιόν Η+. Δεν υπάρχει αισθητή πτώση στο pH λόγω της εξάλειψης της πλειονότητας του εγχυόμενου Η+. Από το CH 3 COOH είναι ασθενές οξύ, τα ιόντα του τείνουν να παράγουν μη ιονισμένο CH 3 COOH μόρια; η διαδικασία έχει σχεδόν ολοκληρωθεί. Όταν εισάγεται μια ισχυρή βάση, το επιπλέον ιόν ΟΗ– εξουδετερώνεται από την αλληλεπίδραση με το οξύ μέσα στο ρυθμιστικό διάλυμα.

CH 3 COOH (aq) + OH – (aq) → CH 3 COO – (aq) + H 2 O (l)

Είναι επίσης δυνατό να φανταστεί κανείς ότι το επιπλέον ιόν ΟΗ- συνδυάζεται με το ιόν Η+ και σχηματίζει νερό. Τα εισαγόμενα ιόντα ΟΗ- αποσύρονται και η όξινη ισορροπία κινείται προς το δικαίωμα αντιστάθμισης των ιόντων Η+ που εξαντλήθηκαν. Ως αποτέλεσμα, η τιμή του pH αλλάζει μόνο ελαφρώς. Όταν προστίθεται ένα σταγονίδιο NaOH, τα ιόντα ΟΗ- ενώνονται με ελεύθερο οξύ, με αποτέλεσμα μόρια νερού.

Το pH παραμένει σταθερό επειδή περισσότερα ιόντα ΟΗ- της βάσης απορροφώνται ή εξουδετερώνονται. Αυτή η αντίσταση έναντι της μεταβολής του pH κατά την εισαγωγή της βάσης περιγράφεται ως εφεδρική οξύτητα και επομένως σχετίζεται με το CH 3 COOH . Το αποτέλεσμα είναι ότι CH 3 COOH εξουδετερώνει τα περισσότερα από τα παρεχόμενα ιόντα ΟΗ-. Ως αποτέλεσμα, δεν υπάρχει ευδιάκριτη διακύμανση στο pH. Κάθε φορά που παρέχεται μια ισχυρή βάση, το οξύ που περιέχεται στο ρυθμιστικό εξουδετερώνει τα ιόντα υδροξειδίου (OH-) 

Η επίδραση των άλλων οξέων και βάσεων εξισορροπείται επιτυχώς σε κάθε περίπτωση, διασφαλίζοντας ότι το ph παραμένει σχετικά σταθερό. Ο μηχανισμός των εικονικών buffer μπορεί να εξηγηθεί με τον ίδιο τρόπο. Έτσι, το ασθενές οξύ και η αδύναμη βάση παραμένουν στο διάλυμα σε μεγάλες συγκεντρώσεις καθώς σπάνια αλληλεπιδρούν με το νερό. Ωστόσο, είναι πιθανό να ανταποκριθούν με οποιοδήποτε επιπλέον ισχυρό βασικό ή ισχυρό οξύ.

Χαρακτηριστικά ενός buffer

Ένα ρυθμιστικό αντιστέκεται στις αλλαγές του pH περιέχοντας μια αρκετά υψηλή συγκέντρωση του οξέος ή της βάσης ή, συνηθέστερα, και των δύο.

• Έχει ένα συγκεκριμένο επίπεδο pH.
• Η τιμή του pH δεν αλλάζει μετά από μια μακρά περίοδο αποθήκευσης.
• Η αραίωση δεν επηρεάζει το pH του διαλύματος.
• Η τιμή του pH παραμένει αμετάβλητη ακόμη και όταν προστίθεται μια μέτρια ποσότητα ενός τόσο ισχυρού οξέος ή βάσης.

Συμπέρασμα

Ένα ρυθμιστικό φαίνεται να είναι ένα υγρό που αποτελείται από ένα όξινο διάλυμα και το άλας του ή ίσως μια ασθενή βάση ή το άλας του (ρυθμιστικό διάλυμα βάσης). Όταν του δίνεται μια μικρή ποσότητα οξέων ή βάσεων, το pH του ποικίλλει πολύ λίγο και επομένως χρησιμοποιείται για να διατηρεί σταθερό το pH ενός διαλύματος.

Τα ρυθμιστικά διαλύματα χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία χημικών διεργασιών. Στην πραγματικότητα, ένα ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί να βρεθεί με τη μορφή αίματος. Το pH του ανθρώπινου αίματος είναι 7,4 στην κανονική του κατάσταση. Αρκετά άτομα βιώνουν έντονο στρες καθώς και αλκάλωση. Η αλκάλωση είναι πράγματι μια κατάσταση όπου το pH του αίματος είναι ασυνήθιστα υψηλό. Η οξέωση είναι απλώς μια κατάσταση κατά την οποία το επίπεδο στο αίμα είναι υψηλότερο από 7,4. Ορισμένες χημικές αντιδράσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν μόνο σε συγκεκριμένο pH. Άλλα οικιακά και εμπορικά προϊόντα, όπως το σαμπουάν, πρέπει να ελέγχουν τις τιμές του pH για να καταπολεμήσουν την αλκαλικότητα του σαπουνιού για να αποτρέψουν τον ερεθισμό, η βρεφική λοσιόν πρέπει να διατηρεί pH περίπου 6 για να αποτρέψει τον πολλαπλασιασμό των βακτηρίων, απορρυπαντικό πλυντηρίου, οφθαλμικές σταγόνες, ανθρακούχο λεμονάτο κ.λπ. P>