Ρυθμιστικό διάλυμα

Υπάρχουν πολυάριθμες εφαρμογές στην έρευνα και την επιστήμη όπου οι διακυμάνσεις του pH μπορεί να είναι σοβαρά επιζήμιες. Ένα τέτοιο παράδειγμα συμβαίνει στο ανθρώπινο σώμα, όπου οι αλλαγές στο pH του αίματος μπορεί να γίνουν δυνητικά θανατηφόρες. Ωστόσο, ένας εσωτερικός φυσικός μηχανισμός γνωστός ως ρυθμιστικό διάλυμα διττανθρακικών διατηρεί ένα σταθερό pH του αίματος.

Στα εργαστήρια, είναι κοινή πρακτική να γίνονται συγκριτικές δοκιμές χρησιμοποιώντας ρυθμιστικό διάλυμα. Η χρήση ενός ρυθμιστικού διαλύματος βοηθά να διατηρείται υπό έλεγχο το pH του υλικού υπό επεξεργασία, μειώνοντας τον κίνδυνο τυχόν ανεπιθύμητων παρενεργειών να το επηρεάσουν και να προκαλέσουν επιπλέον ζημιά. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση ή μια ασθενή βάση και το συζυγές οξύ του.

Λύσεις buffer

Για να ορίσετε ένα ρυθμιστικό διάλυμα, σκεφτείτε το ως διάλυμα οξέος και βάσης. Το ρυθμιστικό διάλυμα παρασκευάζεται παίρνοντας ένα ασθενές οξύ και προσθέτοντας τη συζυγή του βάση (που σχηματίζεται με την εκχύλιση ενός πρωτονίου από το ίδιο οξύ) ή συνδυάζοντας μια ασθενή βάση με το αντίστοιχο οξύ. Η χρήση συζυγών καθιστά ένα ρυθμιστικό διάλυμα ανθεκτικό στις διακυμάνσεις του pH. δημιουργεί μια οξεοβασική ισορροπία που είναι δύσκολο για άλλα οξέα ή βάσεις να παρακάμψουν. Ακόμη και με την προσθήκη ισχυρών οξέων ή αλκαλίων, η ισορροπία μεταξύ του ασθενούς οξέος/βάσης και του συζυγούς του μειώνει την επίδραση της προσθήκης στο συνολικό pH του διαλύματος.

ΡΗ ρυθμιστικού διαλύματος

Οι λύσεις buffer παρέχουν ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών, τόσο στην πραγματικότητα όσο και στο εργαστήριο. Για να λειτουργήσουν σωστά οι περισσότερες πρωτεΐνες, απαιτείται ένα ρυθμισμένο pH και αυτό το ρυθμιστικό διάλυμα χρησιμοποιείται για να εγγυηθεί επαρκή στερέωση σκίασης όταν χρησιμοποιούνται έγχρωμες χρωστικές. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται διαλύματα ρυθμιστικού διαλύματος για τη διόρθωση συσκευών, ειδικά μετρητών pH που μπορεί να είναι εσφαλμένα βαθμονομημένα, υποθέτοντας ότι δεν υπάρχει ρυθμιστικό διάλυμα. Να θυμάστε ότι τα ρυθμιστικά διαλύματα δεν έχουν πάντα ουδέτερο pH. Ρυθμιστικά διαλύματα που σχηματίζονται από εκχυλίσματα εσπεριδοειδών, αλκάλια, όξινα διαβρωτικά (τα οποία μπορούν να βρεθούν σε μικρές ποσότητες ξιδιού) και άλλες ουσίες μπορεί να έχουν τιμές pH τόσο χαμηλές όσο δύο ή τόσο υψηλές όσο 10. Αυτά τα οξέα και οι βάσεις μπορούν τώρα να χρησιμοποιηθούν σε ρυθμιστικό διάλυμα λύσεις.

Χωρητικότητα buffer

Τυπικά, τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι ανθεκτικά στις αλλαγές του pH. Ωστόσο, ένα αρκετά ισχυρό οξύ ή αλκάλιο μπορεί να αλλάξει το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος. Η χωρητικότητα του ρυθμιστικού διαλύματος είναι η ποσότητα ισχυρού οξέος ή βάσης που μπορεί να προστεθεί σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα πριν αλλάξει σημαντικά το pH. Η χωρητικότητα ποικίλλει ανάλογα με τα συστατικά του πυρήνα του ρυθμιστικού διαλύματος και την ποσότητα ισχυρού οξέος ή βάσης που προστίθεται. Η αύξηση της συγκέντρωσης οξέος αυξάνει την ικανότητα του ρυθμιστικού διαλύματος κατά τον ίδιο παράγοντα, καθορίζοντας πόση βάση υπάρχει στο διάλυμα. Εάν προσθέσετε μια ισχυρή βάση, η χωρητικότητα ισούται με την ποσότητα του οξέος στο διάλυμα.

Επισκόπηση του ρυθμιστικού διαλύματος

• Όξινο ρυθμιστικό διάλυμα

Τα όξινα ρυθμιστικά διαλύματα έχουν pH κάτω του 7 και είναι συχνά το αποτέλεσμα συνδυασμού ενός ασθενούς οξέος και ενός από τα άλατά του. Μερικά κοινά όξινα ρυθμιστικά διαλύματα συνδυάζουν αιθανοϊκό διαβρωτικό και αιθανοϊκό νάτριο σε διάλυμα, με pH 4,76 όταν αναμιγνύονται σε ισοδύναμες μοριακές στερεώσεις. Είναι δυνατό να μεταβληθεί το pH των ρυθμιστικών διαλυμάτων αλλάζοντας την αναλογία του οξέος ή χρησιμοποιώντας άλλο οξύ και ένα από τα άλατά του.

• Αλκαλικό ρυθμιστικό διάλυμα

Τα βασικά ρυθμιστικά διαλύματα έχουν pH υψηλότερο από 7 και προέρχονται από μια ασθενή βάση και ένα από τα άλατά της. Τα περισσότερα από τα κοινώς χρησιμοποιούμενα αλκαλικά ρυθμιστικά διαλύματα είναι ένα μείγμα διαλύματος αλκαλίου και χλωριούχου αμμωνίου. Υποθέτοντας ότι είχαν αναμειχθεί σε δυσδιάκριτα μοριακά αθροίσματα, το διάλυμα θα είχε pH 9,25.

Πώς λειτουργεί το buffer διάλυμα;

Όταν ιόντα υδρογόνου παρέχονται σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα, αυτά θα εξουδετερωθούν από το αλκάλιο στο διάλυμα. Το οξύ θα εξουδετερώσει τα ιόντα υδροξειδίου. Το pH του ρυθμιστικού διαλύματος δεν θα επηρεαστεί σημαντικά από αυτές τις εξουδετερωτικές δράσεις. Όταν επιλέγετε ένα οξύ για ένα ρυθμιστικό διάλυμα, χρησιμοποιήστε ένα οξύ με pKa γύρω από το απαιτούμενο pH. Αυτό θα δώσει στο ρυθμιστικό διάλυμα σας περίπου ίδιες ποσότητες οξέος και συζευγμένης βάσης, επομένως θα είναι σε θέση να εξουδετερώσει όσο το δυνατόν περισσότερα Η+ και OH-.

Πώς να φτιάξετε ένα ρυθμιστικό διάλυμα;

Ένα ρυθμιστικό διάλυμα δημιουργείται με ανάμειξη μεγάλου όγκου ασθενούς οξέος ή ασθενούς βάσης και του συζυγούς του. Ένα ασθενές οξύ και η συζευγμένη βάση του μπορεί να υπάρχουν σε διάλυμα χωρίς να εξουδετερώνουν το ένα το άλλο. Το ίδιο ισχύει για μια αδύναμη βάση και το συζευγμένο οξύ της.

Έννοια του ρυθμιστικού διαλύματος με ένα παράδειγμα

Ένα ρυθμιστικό διάλυμα ή ρυθμιστικό συνδυάζει ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση. Ισχυρά οξέα και βάσεις δεν προκαλούν αλλαγές στο pH στο ρυθμιστικό διάλυμα. Στην περίπτωση αυτή, το ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα διάλυμα οξικού οξέος/οξικού νατρίου CH3COOH + CH3COONa. Μια αδύναμη βάση και το άλας της είναι ένα παράδειγμα ρυθμιστικού διαλύματος, NH3aq + NH4Claq.

Συμπέρασμα

Η παρασκευή ρυθμιστικού διαλύματος είναι κοινή στα εργαστήρια χημείας και βιολογίας. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα περιλαμβάνει ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση. Τα ρυθμιστικά διαλύματα βοηθούν στη διατήρηση του pH ενός άλλου διαλύματος αναμεμειγμένου με το ρυθμιστικό. Όταν εισάγεται λίγο διάλυμα διαφορετικού οξέος ή αλκαλίου, το ρυθμιστικό αντιστέκεται στις αλλαγές στην τιμή του pH ολόκληρου του διαλύματος. Τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι επομένως χρήσιμα σε πολλές περιπτώσεις όπου απαιτείται σταθερό pH. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα είναι επίσης γνωστό ως ρυθμιστικό διάλυμα, ρυθμιστικό pH ή ρυθμιστικό διάλυμα ιόντων υδρογόνου. Οι λύσεις buffer είναι εξαιρετικά χρήσιμες σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Ωστόσο, η προετοιμασία του ρυθμιστικού διαλύματος είναι χρονοβόρα και έντασης εργασίας και πρέπει να δοθεί μεγάλη προσοχή για την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων.